图像显示装置和头戴式显示器的制作方法

专利名称：图像显示装置和头戴式显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用以允许观察者观看到由图像形成装置形成的二维图像的图像显示 装置，并且涉及头戴式显示器(HMD)，其具有整合在头戴式显示器中的图像显示装置并且包 括成形为类似于眼镜以被配戴于观察者的头部的框架。
背景技术：
在其中虚拟图像光学系统允许观察者看到由图像形成装置形成的二维图像的放 大的虚拟图像的虚拟图像显示装置根据JP-A-2006-162767已经为人所熟知。如作为示意图的图1所示，图像显示装置100包括图像形成装置111，其具有以 二维阵列形式排列的多个像素；校准光学系统112，用于校准从图像形成装置111的像素发 出的光；和光学装置(光导部)120，由校准光学系统112校准的光入射到所述光学装置(光 导部)120。入射光被引导并且从光学装置射出。光学装置120包括光导板121、第一偏转 构件130 (例如，单层光反射膜)和第二偏转构件140 (例如，具有多层层叠结构的光反射性 多层膜)。入射光在光导板121中以全反射的方式传播并且然后从光导板121射出。第一 偏转构件130反射入射到光导板121上的光以使入射到光导板121上的光在光导板中被完 全地反射，并且第二偏转构件140以全反射的方式将在光导板121中传播的光从光导板121 射出。例如，如果HMD由这样的图像显示装置100形成，则能够实现装置的轻量化和小型化。另外，根据JP-A-2007-94175已经熟知使用全息衍射光栅的虚拟图像显示装置 (图像显示装置)，在该虚拟图像显示装置中，虚拟图像光学系统允许观察者观看到由图像 形成装置形成的二维图像的放大镜虚拟图像。如作为示意图的图6所示，图像显示装置300基本包括用于显示图像的图像形成 装置111 ；校准光学系统112 ；和光学装置(光导部)320，其中图像形成装置111所显示的 光入射到光学装置320。入射光被引导到观察者的眼睛41。这里，光学装置320包括光导 板321 ；和设置于光导板321的第一衍射光栅构件330和第二衍射光栅340。各第一衍射光 栅构件330和第二衍射光栅340均由反射型体积全息衍射光栅形成。从图像形成装置111 中的像素射出的光进入校准光学系统112，光在校准光学系统112中被转换成为平行光，并 且所述平行光进入光导板321。平行光入射到光导板321的第一面322并从第一面322射 出。另一方面，第一衍射光栅构件330和第二衍射光栅340被附接到光导板321的与第一 面322平行的第二面323。

发明内容
当观察者观看透过(see-through)型头戴式显示器中的水平定位的物体时，为防 止显示器图像变得模糊，有必要将显示器图像偏移和显示到观察者在水平方向的视线(称 为“观察者的水平视线”)的上方或者下方。在这样的情况下，在现有技术中，整个图像显示 装置100或者300被例如配置于观察者的水平视线的下方(见图13)。S卩，图像形成装置 111被使用安装构件安装到成形为类似于眼镜的框架的边撑部，以被配戴于观察者的头部。
同时，现有技术中的显像显示装置100或300被设计成使得从图像形成装置111 射出并且通过校准光学系统112在图像形成装置侧的原点(下文中称为“前原点”)的中央 光束CL垂直地冲击光导板121或321。S卩，中央光束CL被设计成以0度入射角进入光导板 121或321。在本情况中，待显示的图像的中心与光导板121或321的第一面122或322的
垂直方向重合。现有技术中的图像显示装置(表示为图像显示装置100)的基本构造示出在图14A 和图14B中。从图像形成装置111在校准光学系统112的光轴上射出的中央光束CL被校准 光学系统112转换成为大致平行的光，然后垂直地进入光导板121的第一面(入射面)122。 然后，所述光沿传播方向A行进，同时由第一偏转构件130在第一面122和第二面123之间 全反射。接着，中央光束CL由第二偏转构件140反射和衍射、从光导板121的第一面122 垂直地射出并且到达观察者的眼睛41。然后，在该现有技术中，如图13所示，有必要将整个图像显示装置100倾斜角度 9"。特别地当图像显示装置100的尺寸较大时，从与成形为类似于眼镜以配戴于观察者 的头部的框架的安装部(边撑部)的相互关系的角度出发，存在图像显示装置100能够倾 斜的角度9 “受到限制或者设计的自由度降低的问题。另外，图像显示装置的可观察区(光瞳直径(pupil diameter)典型地为大约6mm 小。因此，当通过使图像显示装置框架枢转以在垂直方向上移动图像显示装置时，如果该枢 转的轴线被极大地偏离连接观察图像形成装置的观察者的两个眼球的中心部的虚拟直线， 存在从图像显示装置射出的图像被移动离开观察者的眼睛的风险。因此，期望提供允许高自由度的配置并且具有高的设计自由度以不会阻碍观察 者的水平视线的图像显示装置；和整合有图像显示装置的头戴式显示器。还期望提供如下 的头戴式显示器该头戴式显示器即使在图像显示装置由于图像显示装置被枢转而在垂直 方向上移动时，也能够防止从图像显示装置射出的图像移动离开观察者的眼睛。根据本发明的一个实施方式，提供了一种图像显示装置，其包括(A)图像形成装置；(B)光学系统，其将从述图像形成装置发出的光转换成为平行光；和(C)光学装置，其中被所述光学系统转换成为平行光的光束进入所述光学装置、在 所述光学装置内被引导并且从所述光学装置射出。这里，从图像形成装置的中心部发出并且通过光学系统在图像形成装置侧的节点 的中心光束进入光学装置的点定义为光学装置中心点，通过光学装置中心点并且与光学装 置的轴线方向平行的轴线被定义为X轴，通过光学装置的中心点并且与光学装置的法线重 合的轴线定义为Y轴，中心光束以0度以外的角度与XY平面相交。根据本发明的第一实施方式，头戴式显示器是如下的头戴式显示器，其包括(a)框架，其被成型为类似于眼镜被以被配戴于观察者的头部，和(b)图像显示装置，其被安装到所述框架。图像显示装置由如上的图像显示装置形 成。本发明的实施方式的头戴式显示器包括本发明的实施方式的一个图像显示装置(单目 型)或两个图像显示装置(双目型)。根据本发明的第二实施方式，提供了头戴式显示器，其包括
(a)框架，其成型为类似于眼镜被以被配戴于观察者的头部；和(b)图像显示装置，其被安装到所述框架，所述图像显示装置包括(A)图像形成装置；(B)光学系统，其将从所述图像形成装置发出的光转换成为平行光；和(C)光学装置，其中被所述光学系统转换成为平行光的所述光束进入所述光学装 置、在所述光学装置内被引导并且从所述光学装置射出。这里，图像显示装置被可枢转地安装到所述框架，其中以连接观察图像显示装置 的观察者的两个眼球的中心的直线作为枢转轴线。在根据本发明的实施方式的图像显示装置或者形成根据本发明的第一实施方式 的头戴式显示器的图像显示装置中，中心光束以0度以外的角度(0)与XY平面相交。因 此，对于将图像显示装置安装到成型为类似于眼镜的框架的安装部时对图像显示装置的安 装角有微小限制，并且能够获得高的设计自由度。另外，形成根据本发明的第二实施方式的 头戴式显示器的图像显示装置可枢转地安装到框架，其中以连接观看图像显示装置的观察 者的两个眼球的中心的直线作为枢转轴线。因此，即使由于枢转图像显示装置而使图像显 示装置在垂直方向上被移动时，从图像显示装置射出的图像被移动离开观察者的眼睛的可 能性也较低。


图1是示例1的图像显示装置的构思图。图2A和图2B是示意性地示出光在形成示例1的图像显示装置的光导板中传播的 视图，并且是示出光导板等的配置状态的构思图。图3是当从上方观察示例1的头戴式显示器的示意图。图4是当从侧方观察示例1的头戴式显示器的示意图。图5是示例2的图像显示装置的构思图。图6A和图6B是示例3的图像显示装置的构思图。图7是示例4的图像显示装置的构思图。图8A和图8B是示意性地示出光在形成示例5的图像显示装置的光导板中传播的 视图，并且是示出光导板等的配置状态的构思图。图9是斜向地观察示例6的图像显示装置被配戴于观察者的头部的状态的视图。图10是从正面观察示例6的图像显示装置被配戴于观察者的头部的状态的视图。图11是从侧向观察示例6的图像显示装置被配戴于观察者的头部的状态的视图。图12是从上方观察示例6的图像显示装置被配戴于观察者的头部的状态的视图。图13是从侧向观察到现有技术中的头戴式显示器的示意图。图14A和图14B是示意性地示出光在形成现有技术中的图像显示装置的光导板 中传播的视图，并且是示出形成现有技术中的图像显示装置的光导板待的配置状态的构思 图。
具体实施例方式在下文中，虽然参考附图基于实施方式说明了本发明，但本发明并不局限于所述
6实施方式，实施方式中的各种数值和材料是说明性的。将以如下顺序进行说明1.关于本发明的图像显示装置和头戴式显示器的概述2.示例1(根据本发明的一个实施方式的图像显示装置，和根据本发明的第一实 施方式的头戴式显示器)3.示例2 (示例1的修改例)4.示例3 (示例1的另一个修改例)5.示例4 (示例1的另一个修改例)6.示例5 (示例1的另一个修改例)7.示例6(根据本发明的第二实施方式的头戴式显示器)，及其他[关于本发明的图像显示装置和头戴式显示器的概述]根据本发明的第一实施方式的头戴式显示器能够如下构造成使图像显示装置可 枢转地安装于框架，其中以连接观看图像显示装置的观察者的两个眼球的中心的虚拟直线 为枢轴。根据本发明的第一实施方式的具有该构造的头戴式显示器或者根据本发明的第 二实施方式的头戴式显示器能够如下构造成使得图像形成装置、光学系统和光学装置中 的至少一方被可枢转地安装到框架。另外，在根据本发明的第二实施方式的包括该构造的 头戴式显示器中，当观察者观看到水平地定位的物体(例如，水平方向，无限远距离处的物 体，地平面，地平线)时，会由从光学装置射出并进入观察者的眼睛的中心光束形成俯角。 例如，相对于水平面的俯角能够具体化为5度到45度。在根据本发明的实施方式的图像显示装置和形成根据本发明的第一实施方式的 包括上述的优选构造的头戴式显示器(下方中，统一简称为“根据本发明的实施方式的图 像显示装置”)中，从易于操作、设定和安装图像显示装置的角度出发，中心光束优选地被包 括在YZ平面中。在根据包括上述优选实施方式的本发明的第一实施方式的图像显示装置中，光学 系统的光轴被包括在YZ平面中并且以0度以外的角度与XY平面相交。可选地，图像显示 装置可以构造成使得光学系统的光轴平行于YZ平面、平行于XY平面并且穿过偏移离开图 像形成装置的中心的位置。另外，在根据包括上述优选实施方式和构造的本发明的第一实施方式中，假设XY 平面与水平面重合，头戴式显示器能够构造成使得中心光束CL与XY平面相交的角度e为 仰角。即，中心光束从XY平面下方朝向XY平面冲击XY平面。在本情况中，优选的是XY平 面以o度以外的角度与垂直平面相交，并且另外优选的是XY平面以角度e与垂直平面相 交。另外，尽管e的最大值未受到限制，该最大值能够是5度。这里，水平面是包括当观察 者观看水平地定位的物体(例如，水平方向，在无限远的距离处的物体，水平面，水平线)时 的视线(“观察者的水平视线”)并且包括观察者的水平地定位的两只眼睛的平面。垂直平 面是与水平面垂直并且包括水平地定位的观察者的两只眼睛的平面。替代地，在根据本发明的第二实施方式的头戴式显示器中，当观察者观看水平地 定位的物体(例如，水平方向，处于无限远的距离处的物体，水平面，或者水平线)时，能够 由从光学装置射出并进入观察者的眼睛的中心光束形成俯角。例如，相对于水平面的俯角 能够具体化为5度到45度。在根据包括上述的优选实施方式和构造的本发明的第一实施方式的图像显示装置和形成根据本发明的第二实施方式的头戴式显示器的图像显示装置(下文中，这些统一 简称为“根据本发明的实施方式的图像显示装置”)中，所述光学装置包括(a)光导板，入射光以全反射方式在所述光导板中传播后从所述光导板射出；(b)第一偏转部件，其用于偏转入射到光导板上的所述光，使入射到光导板的所述 光在光导板中被完全地反射；和(c)第二偏转部件，其用于多次偏转以全反射方式在光导板中传播的所述光，以将 在光导板中以全反射方式传播的所述光从光导板射出。这里，第一偏转构件的中心点是光学装置中心点。术语“全反射”指在光导板内的 完全内部反射或全反射。这同样适应于下面的内容。这里，第一偏转构件能够反射入射到光导板上的光，并且第二偏转构件能够多 次传输和反射在光导板中以全反射方式传播的光。在本情况中，第一偏转构件能够用作 反射器(reflective mirror)，并且第二偏转构件能够用作半透镜(semi-transmissive mirror)。在该构造中，第一偏转构件能够由例如包括合金的金属制成的光反射膜(一种反 射器)形成或者由用于衍射入射到光导板上的光的衍射光栅(例如，全息衍射光栅)形成。 第二偏转构件能够由其中层叠有多个绝缘层叠膜的多层层叠结构、半透明反射镜、偏振分 光镜或全息衍射光栅形成。尽管第一偏转构件和第二偏转构件被配置(整合)于光导板， 第一偏转构件反射或衍射到光导板的平行光，从而使入射的平行光在光导板内被完全地反 射。另一方面，第二偏转构件多次反射或衍射在光导板内以全反射的方式传播的平行光并 从所述光导板射出所述平行光。替代地，第一偏转构件能够衍射入射到光导板上的光，并且第二偏转构件能够多 次衍射在光导板内以全反射方式传播的光。在本情况中，第一偏转构件和第二偏转构件均 能够由衍射光栅元件形成。另外，衍射光栅元件能够由反射型衍射光栅元件形成或者由透 射型衍射光栅元件形成。替代地，一个衍射光栅构件元件能够由反射衍射光栅元件形成，而 另一个衍射光栅元件能够由透射型衍射光栅元件形成。反射衍射光栅元件的一个示例可以 包括反射型体积全息衍射光栅。为方便起见，由反射型体积全息衍射光栅形成的第一偏转 构件有时被称为“第一衍射光栅构件”，而由反射型体积全息衍射光栅形成的第二偏转构件 有时称为“第二衍射光栅构件”。当由根据本发明的实施方式的图像显示装置进行彩色图像显示时，为衍射或反射 具有P种不同波段(或波长)的P种(例如，对应于红色、绿色和蓝色的三种)类型的光 束，能够在第一衍射光栅构件或第二衍射光栅构件中层叠均由反射型体积全息衍射光栅形 成的P个衍射光栅层。每个衍射光栅层均形成有与一个波段(或波长)对应的干涉条纹。 替代地，为衍射或反射具有P种不同波段(或波长)的P种类型的光束，第一或第二衍射光 栅构件能够由设置有P种类型的干涉条纹的一个衍射光栅层形成。替代地，例如，视角能够 被划分为三部分，并且第一衍射光栅构件或第二衍射光栅构件能够通过层叠与各视角的部 分对应的衍射光栅层而形成。通过采用这些结构，在具有各波段(或波长)的光束被第一 衍射光栅构件或第二衍射光栅构件衍射或反射时，可以提高衍射效率和可接受的衍射角并 且可以优化衍射角。形成第一衍射光栅构件和第二衍射光栅构件的材料的示例可以包括光聚合材料。
8由反射型体积全息衍射光栅形成的第一衍射光栅构件和第二衍射光栅构件的材料和构造 可以与现有技术中的反射型体积全息衍射光栅的材料和构造相同。反射型体积全息衍射光 栅指衍射和反射仅+1级衍射光的全息衍射光栅。尽管衍射光栅构件形成有从衍射光栅构 件的内侧向衍射光栅构件的外侧延伸的干涉条纹，干涉条纹的形成方法可以与现有技术中 采用的形成方法相同。具体地，例如，形成衍射光栅构件的材料(例如，光聚合材料)沿第 一预定方向由被摄体光照射，同时沿第二预定方向由参考光照射，由此被摄体光和参考光 可以在形成衍射光栅构件的材料中形成干涉条纹。通过适当地选择第一预定方向、第二预 定方向和被摄体光和参考光的波长，干涉条纹能够以具有所期望的斜角(slant angle)的 所期望的间距配置于衍射光栅构件的表面。这里，干涉条纹的斜角指在衍射光栅构件(或 衍射光栅层)与干涉条纹之间的角度当第一衍射光栅构件和第二衍射光栅构件形成为具 有其中层叠有P种衍射光栅层的层叠结构时，其中各衍射光栅层均由反射型体积全息衍射 光栅形成，P种衍射光栅层被分别地形成并且然后利用紫外固化树脂粘结剂层叠(粘结)。 替代地，P种衍射光栅层可以通过形成粘性光聚合材料制成的一个衍射光栅层并且然后依 顺序在其上粘结多层粘性光聚合材料层而形成。替代地，根据本发明的实施方式的图像显示装置可以如下具体化光学装置由半 透镜形成，从图像形成装置射出的光进入半透镜并且从半透镜朝向观察者的眼睛射出。从 图像形成装置射出的光在空气中传播之后或者在比如玻璃板或塑料板的透明构件(具体 地，由类似于形成光导板的材料的材料所形成的构件，这将在下面说明)中传播之后能够 进入半透镜。半透镜可以经由透明构件或者经由不同于透明构件的构件附接到图像形成装 置。根据包括上述的优选实施方式和构造的本发明的实施方式的图像显示装置能够 如下具体化图像形成装置具有以二维阵列形式排列的多个像素。为方便起见，具有该构造 的图像形成装置称为具有第一构造的图像形成装置。例如，在具有第一结构的图像形成装置中，图像形成装置能够由包括反射型空间 光调制器和光源的图像形成装置、包括透射型空间光调制解调器和光源的图像形成装置、 或包括比如有机EL(电致发光)元件、无机EL元件或发光二极管(LED)的发光元件的图 像形成装置形成。特别地，图像形成装置优选包括反射型空间光调制器和光源。例如，空间 光调制器能够由光阀、比如LC0S(硅上液晶)的透射型或反射型液晶显示器、或数字微镜 (DMD)形成，并且光源能够由发光元件形成。另外，反射型空间光调制器能够包括液晶显示 器和偏振分光器，其中偏振分光镜反射并引导来自光源的部分光至液晶显示器并且传输和 引导由液晶显示器反射的部分光至光学系统。形成光源的发光元件例如能够包括红光光 元件、绿光发光元件、蓝光发光元件和白光发光元件，或者可以通过使用光阀对从红光光元 件、绿光发光元件、蓝光发光元件射出的红光、绿光和蓝光进行色彩混合和亮度均衡来获得 白光。发光元件能够由半导体激光元件、固态激光器或LED形成。像素的数目可以根据图 像显示装置的规格来确定。例如，像素的具体数目可以是320 X 240、432 X 240、640 X 480、 1024X768 或者 1920X1080。替代地，在根据包括上述的优选实施方式和构造的本发明的实施方式的图像显示 装置中，图像形成装置能够包括光源和扫描从所述光源射出的平行光的扫描构件。为方便 起见，具有该结构的图像形成装置称为“具有第二构造的图像形成装置”。
在具有第二结构的图像形成装置中的光源能够包括作为光源的发光元件，更为具 体地，包括红光发光元件、绿光发光元件、蓝光发光元件和白光发光元件，或者可以通过使 用光阀对从红光光元件、绿光发光元件、蓝光发光元件射出的红光、绿光和蓝光进行色彩混 合和亮度均衡来获得白光。发光元件能够由半导体激光元件、固态激光器或LED形成。在 具有第二结构的图像形成装置中的像素(虚拟像素)的数目也可以根据图像显示装置的 规格来确定。例如，像素(虚拟像素)的具体数目可以是320乂240、432乂240、640乂480、 1024X768或者1920X1080。例如，当进行彩色图像显示并且光源包括红光光元件、绿光发 光元件和蓝光发光元件时，优选地使用正交棱镜进行色彩合成。扫描构件能够由具有可在 二维方向上转动的微镜的MEMS(微机电系统)形成，或者由水平地和垂直地扫描从光源射 出的光的检流计反射镜(galvanometer mirror)形成。在具有第一构造的图像形成装置或在具有第二构造的图像形成装置中，使由光学 系统(将所发出的光转换成为平行光的光学系统可以称为“平行光发光光学系统”，并且 例如具体地，称为校准光学系统或中继光学系统)转换成为多个平行光束的光进入光导 板。使光束成为平行光的原因是因为在这样的光束经由第一偏转构件和第二偏转构件从光 导板射出后而进入光导板时，有必要存储光波表面信息。例如，为产生多个平行光束，图像 形成装置的光学发光部可以定位在与平行光发光光学系统的焦距对应的部位(位置)处。 平行光发光光学系统作用为将像素的位置信息转换成为光学装置的的光学系统中的角度 信息。例如，平行光发光光学系统能够由总体上具有正的光功率并且单独地包括凸透镜、凹 透镜、可调表面棱镜或全息透镜或者包括这些透镜的组合的光学系统形成。具有开口的光 遮蔽构件被布置在平行光发光光学系统和光导板之间，从而防止不期望的光从平行光发光 光学系统射出并进入光导板。光导板具有平行与光导板的轴线(X轴)延伸的两个平行面(第一面和第二面)。 假设，光入射到光导板的面是入射光，光从光导板射出的面为射出面，入射面和射出面可以 定义为第一面，或者入射面可以定义为第一面，而射出面可以定义为第二面。例如，光导板 可以由包括比如石英玻璃或者BK7的光学玻璃的玻璃材料形成，或者由塑料材料(例如， PMMA、聚碳酸脂树脂、丙烯酸树脂、非晶态聚丙烯树脂、或包括AS树脂的苯乙烯树脂)形成。 光导板并不局限于平板，而可以被弯曲。例如，通过根据本发明的实施方式的图像显示装置，能够构造成头戴式显示器，能 够实现装置的轻量化和浮凸型化，能够显著地减轻配戴所述装置时的不适感，并且能够降 低制造成本。在根据包括上述的优选实施方式和构造的本发明的第一和第二实施方式的头戴 式显示器中，框架能够包括布置于观察者的前方的前部；经由铰接件可枢转地安装于所 述前部的两个边撑部。端盖部被安装于各边撑部的端部。尽管图像显示装置被安装框架， 具体地，图像形成装置例如可以被安装于边撑部。在根据包括上述的各种构造和实施方式的本发明的第一或第二实施方式的头戴 式显示器中，安装有鼻垫。即，当观察者观看本发明的实施方式的整个头戴式显示器时，除 没有周缘框(rim)之外，框架和鼻垫的组件与平常眼镜的结构几乎相同。形成框架的材料 可以与形成平常眼镜的材料相同，比如金属、合金或塑料，及这些材料的组合。鼻垫还可以 具有熟知的构造和结构。
在根据本发明的第一或第二实施方式的头戴式显示器中，从设计或易于配戴的角 度出发，期望从一个或两个图像形成装置延伸的导线(信号线、电源线等)经由边撑部和 端盖部的内侧从端盖部的端部(tip portion)延伸到外侧，并且连接到外部电路(控制电 路)。另外，其能够如下具体化使得各图像形成装置包括头戴式耳机部(headphone)；并且 从各图像形成装置引出的用于头戴式耳机部的配线经由边撑部和端盖部的内侧从端盖部 的端部延伸到头戴式耳机部。所述头戴式耳机例如能够包括耳塞型(inner ear type)头 戴式耳机部和耳蜗型(canal type)头戴式耳机部。更具体地，用于头戴式耳机部的配线优 选地以在耳廓(外耳部)后方卷绕的方式从端盖部的端部延伸到头戴式耳机部。根据本发明的第一或第二实施方式的头戴式显示器能够用于例如电影标题的显 示；戏剧(play)、歌舞伎(kabuki)、能乐(Noh)、狂言(kyogen)、歌剧、音乐会、芭蕾舞、各种 剧场、游乐园、艺术博物馆、旅游景点、娱乐场所、观光向导(sightseeing guide)等的各种 说明的显示；在各种装置的操作、控制、维护、拆卸中的各种说明或符号、标记(sign)、印记 (mark)、标志(emblem)、设计(design)等的显示；有关人、物体的各种说明或符号、标记、印 记、标志、设计等的显示；和隐藏字幕(closed caption)的显示。[示例 1]示例1涉及根据本发明的实施方式的图像显示装置和根据本发明的第一实施方 式的头戴式显示器。在图1中示出了示例1的图像显示装置的构思图，光在形成示例1的 图像显示装置的光导板中的传播在图2A中示意性地示出，在图2B中示出了示出形成示例1 的图像显示装置的光导板等的配置状态的构思图。另外，图3中示出了从上方观察的示例 1的头戴式显示器的示意图，图4示出了当头戴式显示器被从侧向观察时的示意图。在下面将说明的示例1或者示例2至示例6中，图像显示装置100、200、300或400 包括(A)图像形成装置111或211 ；(B)光学系统(平行光发光光学系统)112或254，其将从图像形成装置111或211 射出的光转换成为平行光；和(C)光学装置120或320，由光学系统112或254转换成为平行光的所述光束进入 光学装置120或320，在其中被引导并从其中射出。另外，将在下面说明的示例1或示例2到示例6的头戴式显示器包括(a)框架10，其成型为类似于眼镜以被配戴于观察者的头部；和(b)安装到框架10的图像显示装置100、200、300和400。另外，尽管已经具体地 采用包括两个图像显示装置的双目型显示器作为本实施方式的头戴式显示器，也可以采用 包括一个图像显示装置的单目型显示器。图像形成装置111或211显示单色图像。在将在下面说明的示例1或示例2至示例6中，从图像形成装置111或211的中 心部射出并穿过光学系统112或254在图像形成装置的侧的节点的中心光束进入光学装置 120或320的点定义为光学装置中心点0，穿过光学装置中心点0并且平行于光学装置120 或者320的轴线方向的轴线定义为X轴，并且穿过光学装置中心点0并与光学装置120或 320的法线重合的轴线定义为Y轴，中心光束CL以0度以外的角度(0)与XY平面相交。 中心光束CL包括在YZ平面中。在将在下面说明的示例1，或示例2至示例4、和示例6中，光学系统112或254的光轴包括在YZ平面中，并且以0度以外的角度与XY平面相交，具体地，以角度e与XY平 面相交(见图2A和图2B)。在将在下面说明的示例1、或示例2至示例6的头戴式显示器中，假设XY平面与水 平面重合，中心光束与XY平面相交的角度e为仰角。即，中心光束CL从XY平面下方朝向 XY平面冲击XY平面。XY平面以0度以外的角度与垂直平面相交，具体地，以角度e与垂 直平面相交。在示例1中，e =5度。更具体地，在该构造中，中心光束(在图4中以虚线示出) 包括在水平面中。光学装置120或320相对于垂直平面倾斜角度0。换句话说，光学装置 120或320相对于水平面倾斜角度(90- 0 )。另外，从光学装置120或320射出的中心光束 CL’(图4中单点划线所示)相对于水平面倾斜角度2 0。即，当观察者观看水平方向和在 无限远距离处的物体时，从光学装置120或320射出并进入观察者的眼睛的的中心光束CL’ 形成俯角e ’( = 2 e)。中心光束CL’与光学装置120或320的法线形成的夹角为e。在 将在下面说明的图2A或图8A中，中心光束CL’从光学装置120或320中射出的点表示为 0’，穿过点0’并平行于X轴、Y轴和Z轴的轴线表示为X’轴、Y’轴和Z’轴。另外，从图像 形成装置111或211的中心部射出的中心光束CL并不局限于中心光束被包括在水平面中 的形式，而能够被具体化成使得中心光束以0度之外的所期望的角度(可能是仰角或俯角) 与水平面相交。另外，当观察者观看水平方向和在无限远的距离处的物体时，其能够具体化 成使得从光学装置120或320中射出并进入观察者的眼睛的中心光束CL’形成仰角。在将在下面说明的示例1或示例2至示例6中，光学装置120或320包括(a)光导板121或321，光在所述光导板中以全反射方式传播之后从所述光导板射 出；(b)第一偏转构件130或330，其偏转入射到光导板121或321上的光从而使入射 到光导板121或321上的光在光导板121或321中被全反射；和(c)第二偏转构件140或340，其多次偏转在光导板121或321中以全反射方式传 播的光以将在光导板121或321中以全反射方式传播的光从光导板121或321中射出。第 一偏转构件130或330的中心点是光学装置中心点0。光学装置120或320是透明型(半 透型)光学装置。这里，在示例1中，第一偏转构件130和第二偏转构件140布置在光导板121中。 第一偏转构件130反射入射到光导板121的光，第二偏转构件140多次传播并反射在光导 板121中以全反射方式传播的光。即，第一偏转构件130用作反射器，第二偏转构件140用 作半透镜。更具体地，设置在光导板121中的第一偏转构件130由铝制成的光反射膜(一 种镜)形成并被构造成反射入射到光导板121上的光。另一方面，设置在光导板121中的 第二偏转构件140由其中层叠有多个绝缘层叠膜的多层层叠结构形成。绝缘层叠膜包括例 如由高介电常数材料制成的Ti02膜和由低介电常数材料制成的Si02膜。层叠有多个绝缘 层叠膜的多层层叠结构公开在JP-T-2005-521099中。尽管在附图中示出了六层绝缘层叠 膜，绝缘层叠膜的数目并不局限于此。由与光导板121的材料相同的材料制成的薄片被夹 在绝缘层叠膜之间。第一偏转构件130反射(或衍射)入射到光导板121的平行光，而使 入射到光导板121上的平行光在光导板121内被全反射。另一方面，第二偏转构件140多 次反射(或衍射)在光导板121中以全反射的方式传播的平行光，并朝向观察者的眼睛41从光导板121射出平行光。形成第一偏转构件130的斜面通过切除光导板121的待设置第一偏转构件130的 部分124而形成在光导板121中，光反射膜通过真空沉积法而形成于所述斜面，然后光导板 121的切除部124被粘结到第一偏转构件130。另外，形成其中层叠有由与光导板121的材 料相同的材料制成的多个层和多个介电膜(例如，通过真空沉积法形成)的多层层叠结构， 通过切除光导板121的形成第二偏转构件140的部分125而形成斜面，多层层叠结构被粘 结到所述斜面，并且通过例如抛光成型光导板的外侧。因此，能够获得其中在光导板121中 设置有第一偏转构件130和第二偏转构件140的光学装置120。这里，在将在下面说明的示例1、或示例2至示例6中，由光学玻璃或塑料材料形成 的光导板121具有两个平行面(第一面122或322和第二面123或323)，所述两个平行面 平行于光传播方向(X轴)延伸并实现光导板121或321的完全内部反射。第一面122或 322和第二面123或323彼此面对。从用作光入射面的第一面122或322进入的平行光以 全反射的方式在光导板121中传播，然后从用作光射出面的第二面123或323射出。但是， 本发明并不局限于此，光入射面可以由第二面123或323形成，光射出面可以由第一面122 或322形成。在将在下面说明的示例1或示例3中，图像形成装置111是具有第一构造的图像 形成装置，并且具有以二维阵列形式排列的多个像素。图像形成装置111包括反射型空间 光调制器150和由用于发出白光的发光二极管形成的光源153。整个图像形成装置111被 收纳在壳体113内(图1中的单点划线所示)，开口(未示出)被设置于壳体113，光通过 所述开口从光学系统(平行光发光光学系统或校准光学系统)112射出。反射型空间光调 制器150包括由用作光阀的LC0S形成的液晶显示器(IXD)151 ；和偏振分光器152，其反射 并引导来自光源153的光的一部分至液晶显示器151并传输和引导由液晶显示器151反射 的光的一部分至光学系统112。液晶显示器151包括以二维阵列方式排列的多个(例如， 640X480)像素(液晶单元)。偏振分光器152具有现有技术相同的构造和结构。从光源 153射出的未偏振光冲击偏振分光器152。P偏振光分量通过偏振分光器152，并射出到系 统的外侧。另一方面，S偏振光分量被偏振分光器152反射、进入液晶显示器151、然后从液 晶显示器151射出。这里，从液晶显示器151射出的光的从用于显示白色的像素射出的光 包括许多P偏振光分量，并且从用于显示黑色的像素射出的光包括许多S偏振光分量。因 此，从液晶显示器151射出并且冲击偏振分光器152的光的P偏振光分量通过偏振分光器 152并且被引导向光学系统112。另一方面，S偏振光分量被偏振分光器152反射并且返回 到光源153。光学系统112例如由凸透镜形成。为产生平行光，图像形成装置111 (具体地， 即液晶显示器151)被布置在对应于光学系统112的焦距的部位(位置)处。框架10通过如下部件形成前部11，其布置于观察者的前方；两个边撑部13，其 经由铰接件12可枢转地安装到前部11的两端；和端盖部(称作末端单元(tip cell)、护 耳(earmuff)、和耳垫(ear pad)) 14，其安装到各边撑部13的末端(tip portion) 0另外， 鼻垫(未示出)被安装到所述框架10。另外，各壳体113被可拆卸地通过安装构件18安装 到边撑部13。框架10由金属或塑料制成。壳体113可以被安装成使得壳体能够通过安装 构件18安装到边撑部13或者从边撑部13脱离。各壳体113可以通过安装构件18可拆卸 地安装到拥有眼镜的观察者所拥有的眼镜的边框的边撑部。
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从一个图像形成装置111A延伸的配线(信号线、电源线等)15从端盖部14的端 部经由边撑部13和端盖部14的内侧延伸到外侧。各图像形成装置111A或111B包括头戴 式耳机部16并且从各图像形成装置111A或111B延伸的用于头戴式耳机部的配线17经由 边撑部13和端部部14的内侧从端盖部14的端部延伸到头戴式耳机部16。更具体地，用于 头戴式耳机部的配线17从端盖部14的端部以在耳廓(外耳部)后方卷绕的方式延伸到头 戴式耳机部16。通过采用这样的构造，能够形成整齐的头戴式显示器，而不会是印象中的头 戴式耳机部16和用于头戴式耳机部的配线17被随机地布置的那样。在示例1中的图像显示装置中，或者在形成示例1的头戴式显示器的图像显示装 置中，中心光束CL以0度以外的角度(0)以XY平面相交。这里，当从光学装置射出并进 入观察者的眼睛的中心光束CL’形成俯角e’时，满足0’ =20。另一方面，在现有技术 中，当意图获得相同的俯角时，有必要将整个图像显示装置倾斜角度9”。这里，e”和e 之间的关系是e”= 0。最后，在现有技术中，光学装置相对于垂直平面应该倾斜2 0。另 一方面，在示例1中，光学装置仅需要相对于垂直平面倾斜e，并且图像形成装置仅需要被 水平地保持。因此，当图像显示装置被安装到成型为类似于眼镜的框架的安装部时，对于图 像显示装置的安装角几乎没有限制，并且能够实现高的设计自由度。另外，由于所述光学装 置相对于垂直平面的倾角小于现有技术中的倾角，与现有技术相比，几乎不会发生室外光 被光学装置反射并进入观察者的眼睛的现象。因此，能够显示高品质的图像。[示例 2]示例2是示例1的修改例。图5是根据示例2的头戴式显示器中的图像显示装置 200的构思图。如图5中所示，示例2中的图像形成装置211由具有第二构造的图像形成装 置形成。即，该图像形成装置包括光源251、和扫描从所述光源251射出的平行光的扫描构 件253。更具体地，图像形成装置211包括(a)光源 251;(b)校准光学系统252，其将从所述光源251射出的光转换成为平行光；(c)扫描构件253，其扫描从所述校准光学系统252射出的平行光；和(d)中继光学系统254，其中继和射出由所述扫描构件253扫描的平行光。另外， 整个图像形成装置211被收纳在壳体213(在图5中示单点划线示出)中，开口(未示出) 被设置于壳体213，光从中继光学系统254通过所述开口射出。各壳体213通过安装构件 18可拆卸地安装于边撑部13。光源251包括用于射出白光的发光元件。从光源251射出的光进入总体上具有正 的光功率的校准光学系统252，并作为平行光射出。所述平行光由全反射镜256反射、由扫 描构件253水平地和垂直地扫描并且被转换成为一种二维图像，由此产生虚拟像素(可以 使像素的数目与示例1中的像素数目相同)，其中扫描构件253由能够沿二维方向转动微镜 的MEMS形成，从而沿二维方向扫描入射的平行光。来自虚拟像素的光通过由现有技术的中 继光学系统形成的中继光学系统254，被转换成为平行光的光束进入光学装置120。中中继光学系统254转换成为平行光的光束进入光学装置120，并在光学装置120 中被引导，然后从其中射出。由于光学装置120具有的构造和结构与示例1中采用的构造 和结构相同，这里省略其详细说明。另外，由于如上所述地，除图像形成装置211不同之外， 示例2的头戴式显示器具有的构造和结构大致与示例1中的头戴式显示器的构造和结构相同，这里省略其详细说明。[示例3]示例3也是示例1的修改例。图6A是根据示例3的头戴式显示器中的图像显示装 置300的构思图。图6B是反射型体积全息衍射光栅的一部分的放大的示意性截面图。在 示例3中，图像形成装置111由具有第一构造的图像形成装置形成，这类似于示例1。除第 一偏转构件和第二偏转构件的构造和结构之外，光学装置320具有与示例1的光学装置120 相同的基本构造和结构。在示例3中，第一偏转构件和第二偏转构件被布置于光导板321的面上(具体地， 被布置于光导板321的第二面323)。第一偏转构件衍射入射到光导板321上的光，第二偏 转构件衍射在光导板321中多次通过全反射传播的光。这里，第一偏转构件和第二偏转构 件均由衍射光栅元件形成，具体地，由反射性衍射光栅元件形成，并且更为具体地，由反射 型体积全息衍射光栅形成。在下面的说明中，为方便起见，由反射型体积全息衍射光栅形成 的第一偏转构件有时被称为“第一衍射光栅构件330”，由反射型体积全息衍射光栅形成的 第二偏转构件有时被称为“第二衍射光栅构件340”。在示例3或者将在下面说明的示例4中，在各第一衍射光栅构件330和第二衍射 光栅构件340中，叠加一个衍射光栅层。由光聚合物材料制成和各衍射光栅层形成有与一 个波段(或波长)对应的干涉条纹，并且所述干涉条纹通过现有技术中的方法形成。形成于 衍射光栅层(衍射光学元件)的干涉条纹以固定的间距并且平行于Z轴方向线性地延伸。 第一衍射光栅构件330的轴线和第二衍射光栅构件340的轴线平行于X轴，而法线平行于 Y轴。图6B是反射型体积全息衍射光栅的放大器的示意性局部截面图。所述反射型体 积全息衍射光栅形成有具有斜角cp的干涉条纹。这里，斜角9指反射型体积全息衍射光栅的 面和干涉条纹之间所形成的角度。干涉条纹被形成为从反射型体积全息衍射光栅的内侧向 外侧延伸。干涉条纹满足布拉格条件。这里，布拉格适配件满足下面的表达式A。在表达 式A中，m是正整数，\表示波长，d表示光栅面的间距(包括干涉条纹的虚拟平面之间的 沿法向的距离)， 表示干涉条纹上的入射角的补角。当光以入射角V进入衍射光栅构件 时，补角 、斜角9和入射角V具有表达式B给出的关系M 入=2 d sin( ) (A)
0 - 90°-(cp+y)(B)如上所述，第一偏衍射光栅构件330布置(粘结)于光导板321的第二面323，并且 衍射和反射从第一面322入射到光导板321上的平行光，从而使入射到光导板321上的平 行光在光导板321中被完全地反射。另外，如上所述，第二衍射光栅构件340布置(粘结) 于光导板321的第二面323，并且衍射和反射在光导板321中多次通过全反射传播的光，并 且从光导板321通过第一面322射出所述平行光。所述平行光还在光导板321中通过全反射传播，然后被射出。在本情况中，由于光 导板321较薄并且在光导板321中的光路较长，进行全反射直到光束到达第二衍射光栅构 件340的全反射的次数根据视角而不同。更为具体地，入射到光导板321上的平行光的以
15接近第二衍射光栅构件340的角度入射的平行光的反射的次数小于以离开第二衍射光栅 构件340的角度入射到光导板321上的平行光的反射的次数。这是因为，当在所述光导板 321中传播的光冲击光导板321的内表面时，由第一衍射光栅构件330衍射和反射并以接近 第二衍射光栅构件340的角度入射到光导板321上的平行光与光导板321的法线角形成的 角度小于以相反方向的角度入射到光导板321上的平行光所形成的角度。形成于第二衍射 光栅构件340的干涉条纹的开关和形成于第一衍射光栅构件330的干涉条纹的开关关于与 光导板321的轴垂直的假想面对称。交在下面说明的示例4中的光导板321具有的构造和结构与上述的光导板321的 构造的结构相同。由于除光学装置320不同之外，示例3中的头戴式显示器具有与示例1中的头戴 式显示器大致相同的构造和结构，这里省略其详细说明。[示例 4]示例4是示例3的修改例。图7是根据示例4的头戴式显示器中的图像显示装置 的构思图。在示例4的软件图像显示装置400中，光源251、校准光学系统252、扫描构件 253、平行光发光光学系统(中继光学系统254)等具有的构造和结构(图像形成装置具有 每构造)与示例2中采用的构造和结构相同。另外，光学装置320具有的构造和结构与示 例3中的光学装置320的构造和结构相同。由于除上述的不同之外，示例4的头戴式显示 器具有的构造和结构与示例1的头戴式显示器的构造和结构大致相同，省略其详细说明。[示例 5]示例5是示例1的修改例。光在形成示例5的图像显示装置的光导板中的传播在 图8A中示意性示出，在图8B中示出了用以示出形成示例5的图像显示装置的光导板等的 配置的构思图。这里，在示例5中，光学系统(平行光发光光学系统或校准光学系统)的光 轴112平行YZ平面、平行于XY平面，并且通过从图像形成装置111的中心部偏移的位置。 通过采用这样的构造，中心光束CL被包括在YZ平面中，并且以仰角0以XY平面相交。[示例 6]示例6是示例1至示例5的修改例，并且涉及根据本发明的第二实施方式的头戴 式显示器。图9示出了斜视地观察其中示例6的图像显示装置被配戴于观察者的头部的状 态的视图，图10示出了从前部观察图像显示装置时的视图，图11中示出了从侧边观察图像 显示装置时的视图，图12示出了从上方观察图像显示装置时的视图。虽然这些附图示出图 像显示装置被配戴于观察者的头部，但他们示出了所述图像显示装置关于框架以连接观察 所述图像显示装置的观察者的两个眼球的中心的虚拟直线为枢转轴而向下枢转之前的状 态。与示例1至示例5中说明的类似，示例6中的头戴式显示器包括(a)框架，其成型为类似于眼镜50以被配戴于观察者的头部，和(b)图像显示装置100、200、300或400，其安装于框架，并且所述图像显示装置 100、200、300 或 400 包括(A)图像形成装置111或211 ；(B)光学系统(平行光发光光学系统)112或254，其将从图像形成装置111或211 射出的光转换成为平行光，和
(C)光学装置120或320，由所述光学系统112或254转换成为平行光的光束进入 所述光学装置120或320并且在其中被引导，然后从其中射出。图像显示装置100、200、300或400以连接观察所述图像显示装置100、200、300或 400的观察者的两个眼球的中心的虚拟直线为枢转轴RX而可枢转地安装于框架50。具体 地，在示例6中的头戴式显示器中，图像形成装置111或211、光学系统112或254、和光学 装置120或320中的至少一方(更具体地，图像形成装置111或211、光学系统112或254、 和光学装置120或320被整合，并且通常是他们全部)被可枢转地安装于框架50。在示例 6的头戴式显示器中，当观察者观看水平地定位的物体时，从光学装置中射出并进入观察者 的眼睛的中心光束形成俯角，并且相对于所述水平面的所述俯角例如是5度到45度。在示例6的头戴式显示器中，框架50由布置于观察者的前方的前部51和在固定 的状态安装于前部51的两端的两个边撑部53形成。各边撑部53的端部形成为U形构件。 在下面的说明中，边撑部53的等效于U形横杆(crossbar)的端部称为“第一构件53A”，边 撑部53的等效于U形下部横杆的端部称为“第二构件53B”，并且边撑部53的等效于U形纵 向杆的端部称为“第三构件53C”。第二构件53B以固定的状态安装到前部51的两端。臂 部(操纵部)53D从第三构件53C进一步向端盖部54延伸。两个端盖部54由保持带55连 接在一起以防止头戴式显示器在头戴式显示器被配戴于头部时发生偏移。这样的安装带甚 至还可以整合在示例1至示例5中。图像形成装置111或211被收纳在夹在第一构件53A和第二构件53B之间的空间 中，并且由第一构件53A、第二构件53B和第三构件53C围绕。具体地，在朝向第一构件53A 的图像形成装置111或211中设置凹陷部(未示出)，并且第一构件53A的朝向图像形成装 置111或211的面设置有与所述凹陷部适配的突起部(未示出)。另外，朝向第二构件53B 的图像形成装置111或211设置有螺纹孔部(未示出)，朝向图像形成装置111或211的第 二构件53B设置有通孔。然后，通过将设置于图像形成装置111或211的凹陷部适配于设 置在第一构件53A中的突起部、将螺钉(在图11中仅示出了螺钉56的头部)穿过设置于 第二构件53B的通孔、并将螺钉53拧入设置于图像形成装置111或211中的孔部，图像形 成装置111或211可以被安装到边撑部53的端部。从可靠地将图像形成装置111或211 安装于边撑部53的端部的角度出发，优选地将推力弹簧插入螺钉56的在所述螺钉56的头 部和所述图像形成装置111或211之间的柄部。连接设置于第一构件53A的突起部和螺钉 56的直线、和连接观察者的两个眼球的中心的虚拟直线位于枢轴RX。图像显示装置100、 200,300或400能够以连接观察者的两个眼球的中心的虚拟直线为枢转轴而可枢转地安装 到框架50。另外，上述的图像显示装置100、200、300或400的安装机构和安装方法仅是说 明性的，并且能够适当地改变。即使连接第一构件53A的突起部和螺钉56的直线、和连接 观察者的两个眼球的中心的虚拟直线彼此稍微偏移，即当连接的两个眼球的中心的虚拟直 线与枢轴RX之间的距离为最大值6. 5mm时，不存在从图像显示装置100、200、300或400射 出的图像大体上移动离开观察者的眼睛的情况。因此，假定图像显示装置100、200、300或 400以连接观察图像显示装置的观察者的两个眼球的中心的虚拟直线为枢轴而可枢转地安 装到框架50。由于示例6中的图像显示装置和光导板能够具有与示例1至示例5中说明的图像 显示装置和光导板相同的构造和结构，省略其详细说明。
由于形成示例6的头戴式显示器的图像显示装置100、200、300或400以连接观察 图像显示装置的观察者的两个眼球的中心的虚拟直线为枢轴而可枢转地安装到框架50，则 即使通过枢转图像显示装置100、200、300或400而使图像显示装置100、200、300或400沿 垂直方向移动，也不会有从图像显示装置100、200、300或400射出的图像移动离开观察者 的眼睛的情况。另外，即使正在偏移至观察者的水平视线上方或下方的位置时不需要显示显示器 图像，当需要枢转图像显示装置以使图像显示装置在垂直方向上移动而由此优化图像显示 装置的位置时，也不需要如示例1至示例5所述的允许中心光束以0度以外的角度(0)与 XY平面相交的机构、构造和结构。图像显示装置仅必须以连接观察图像显示装置的观察者 的两个眼睛的中心的虚拟直线为枢轴而可枢转地安装到框架。虽然如上已经基于优选实施方式说明了本发明，本发明并不局限于这些实施方 式。在实施方式中已经说明的图像显示装置和头戴式显示器的构造和结构仅是说明性的， 并且能够适当地改变。例如，表面浮凸型全息层(参见美国专利申请公开2004/0062505A1) 可以布置于光导板。示例3或4的光学装置320也可以实现为使得衍射光栅元件由透射型 衍射光栅元件形成，或者第一偏转构件和第二偏转构件中的任一方由反射型衍射光栅元件 形成，而另一方由透射型衍射光栅元件形成。替代地，反射型闪耀衍射光栅元件也能够用作 衍射光栅元件。本审查包含涉及分别在2009年8月31日和2009年12月10日提交的日本优先 权专利申请JP 2009-199567和JP 2009-280133中公开的主旨，这里通过引用并入其全部内容。本领域技术人员应理解只要不偏离权利要求的范围或者其等效文本的范围，可以 根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和替换。
权利要求
1.一种图像显示装置，包括(A)图像形成装置；(B)光学系统，其将从所述图像形成装置发出的光转换成为平行光；和(C)光学装置，其中被所述光学系统转换成为平行光的光束进入所述光学装置、在所述 光学装置内被引导并且从所述光学装置射出，其中，从所述图像形成装置的中心部射出并穿过所述光学系统在所述图像形成装置一 侧的节点的中心光束进入所述光学装置的点定义为光学装置中心点，穿过所述光学装置中 心点并且平行于所述光学装置的轴线方向的轴线定义为X轴，并且穿过所述光学装置中心 点并与所述光学装置的法线重合的轴线定义为Y轴，所述中心光束以0度以外的角度与XY平面相交。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述中心光束包括在YZ平面中。
3.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其特征在于所述光学系统的光轴被包括在YZ平面中并且以0度以外的角度与XY平面相交。
4.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其特征在于所述光学系统的所述光轴平行于YZ平面、平行于XY平面并且穿过从所述图像形成装 置的所述中心部偏移的位置。
5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述光学装置包括(a)光导板，所述入射光以全反射方式在所述光导板中传播后从所述光导板射出；(b)第一偏转部件，其用于偏转入射到所述光导板上的光，使入射到所述光导板的光在 所述光导板中被全反射；和(c)第二偏转部件，其用于多次偏转以全反射方式在所述光导板中传播的光，以将在所 述光导板中以全反射方式传播的光从所述光导板射出，和其中，所述第一偏转部件的所述中心点是所述光学装置中心点。
6.一种头戴式显示器，其包括(a)框架，所述框架成型为类似于眼镜，以被配戴于观察者的头部；和(b)图像显示装置，其被安装到所述框架，所述图像显示装置包括(A)图像形成装置；(B)光学系统，其将从所述图像形成装置发出的光转换成为平行光；和(C)光学装置，其中被所述光学系统转换成为平行光的光束进入所述光学装置、在所述 光学装置内被引导并且从所述光学装置射出，其中，从所述图像形成装置的中心射出并穿过所述光学系统在所述图像形成装置一侧 的节点的中心光束进入所述光学装置的点定义为光学装置中心点，穿过所述光学装置中心 点并且平行于所述光学装置的轴线方向的轴线定义为X轴，并且穿过所述光学装置中心点 并与所述光学装置的法线重合的轴线定义为Y轴，所述中心光束以0度以外的角度与XY平面相交。
7.根据权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于所述图像显示装置可枢转地安装于所述框架，其中以连接观察所述图像显示装置的观察者的两个眼球的中心的虚拟直线为枢轴。
8.根据权利要求7所述的头戴式显示器，其特征在于所述图像形成装置、所述光学系统和所述光学装置中的至少一个可枢转地安装于所述框架。
9.根据权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于所述中心光束包括在YZ平面中。
10.根据权利要求6或9所述的头戴式显示器，其特征在于所述光学系统的所述光轴被包括在YZ平面中并且以0度以外的角度与XY平面相交。
11.根据权利要求6或9所述的头戴式显示器，其特征在于所述光学系统的所述光轴平行于YZ平面、平行于XY平面并且穿过从所述图像形成装 置的所述中心部偏移的位置。
12.根据权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于假设XY平面与水平面重合，所述中心光束与XY平面相交的角度θ为仰角。
13.根据权利要求12所述的头戴式显示器，其特征在于所述XY平面以0度之外的角度与垂直平面相交。
14.根据权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于所述XY平面以角度θ与所述垂直平面相交。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的头戴式显示器，其特征在于所述角度θ的最大值为5度。
16.根据权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于当观察者观察水平地定位的物体时，从所述光学装置射出并且进入所述观察者的眼睛 的中心光束形成俯角。
17.根据权利要求6所述的头戴式显示器，其特征在于所述框架由布置于观察者的前方的前部和经由铰接件可枢转地安装于所述前部的两 个边撑部形成。
18.一种头戴式显示器，包括(a)框架，所述框架成型为类似于眼镜被以被配戴于观察者的头部；和安装于所述框 架的图像显示装置，所述图像显示装置包括(A)图像形成装置；(B)光学系统，其将从所述图像形成装置发出的光转换成为平行光；和(C)光学装置，其中被所述光学系统转换成为平行光的光束进入所述光学装置、在所述 光学装置内被引导并且从所述光学装置射出，其中，所述图像显示装置以连接观看所述图像显示装置的观察者的两个眼球的中心的 虚拟直线为枢轴、可枢转地安装于所述框架。
19.根据权利要求18所述的头戴式显示器，其特征在于所述图像形成装置、所述光学系统和所述光学装置中的至少一个可枢转地安装于所述 框架。
20.根据权利要求18所述的头戴式显示器，其特征在于当观察者观看水平地定位的物体时，从所述光学装置射出并且进入所述观察者的眼睛 的中心光束形成俯角。
全文摘要
本发明涉及一种图像显示装置，其包括图像形成装置；将从图像形成装置发出的光转换成为平行光的光学系统；和光学装置，由光学系统转换成为平行光的光束进入所述光学装置，光束在所述光学装置内被引导并且从所述光学装置射出，其中从图像形成装置的中心部发出、通过光学系统的节点并在光学装置中心点处进入光学系统的中心光束以0度以外的角度与由穿过光学装置中心点并且与光学装置的轴线方向平行的X轴和穿过光学装置中心点并且与光学装置的法线重合的Y轴限定的XY平面相交。
文档编号G02B27/01GK102004315SQ20101026732
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年8月31日
发明者武川洋 申请人:索尼公司