虚像显示装置的制作方法

1.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：

2.作为像头戴式显示器那样能够进行虚像的形成以及观察的虚像显示装置，已知有同时进行畸变像差(畸变)的校正和用于纵横比转换的校正的图像显示装置(参照专利文献1)。
3.具体而言，专利文献1所记载的图像显示装置为如下方式：具有将来自原图像的光引导至观察者的眼睛的目镜光学系统，针对输入图像，同时进行基于目镜光学系统的光学像差的第1校正和基于两个截面内的焦距差异的第2校正。另外此时，作为目镜光学系统，利用了变形(anamorphic)光学系统。
4.专利文献1：日本特开2019-45630号公报
5.然而，例如在专利文献1等的情况下，由于透镜侧负担用于校正畸变像差(畸变)的负荷，因此有可能导致透镜的大型化，以及装置的大型化、透镜的复杂化。


技术实现要素：

6.本发明一个方面的虚像显示装置具有：图像光生成装置；以及光学单元，其对从图像光生成装置射出的图像光进行引导而形成射出光瞳，图像光生成装置根据在构成光学单元的光学系统中产生的变形和图像位置，以不同的密度射出图像光。
附图说明
7.图1是说明第1实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观立体图。
8.图2是说明图1的虚像显示装置等的构造的立体图。
9.图3是图1的虚像显示装置的俯视图以及侧视图。
10.图4a是用于说明在光学单元中产生的像差的情形的概念图。
11.图4b是用于说明图像光生成装置的面板面形状的概念图。
12.图5a是用于说明产生的像差和与像差对应的虚像之间的关系的概念图。
13.图5b是用于说明产生的像差和与像差对应的虚像之间的关系的概念图。
14.图5c是用于说明产生的像差和与像差对应的虚像之间的关系的概念图。
15.图6是用于说明光的射出位置的概念图。
16.图7a是示出虚像显示装置的一个结构例的侧剖视图。
17.图7b是示出虚像显示装置的另一结构例的侧剖视图。
18.图8是用于说明第2实施方式的虚像显示装置中的图像光生成装置的概念图。
19.图9是用于说明一个变形例的图像光生成装置的概念图。
20.图10是说明第3实施方式的虚像显示装置的内部构造的一例的侧剖视图。
21.图11是用于说明产生的像差和与像差对应的面板面形状之间的关系的概念图。
22.图12是用于说明变形校正的方向的概念图。
23.图13是用于说明图像光生成装置的一个变形例的像素的结构的概念图。
24.图14是用于说明图像光生成装置的另一变形例的像素的结构的概念图。
25.图15是用于说明图像光生成装置的又一变形例的像素的结构的概念图。
26.标号说明
27.11、211、311：图像光生成装置；11a、311a：显示面；12：光学单元；13：显示控制电路；21：投射光学系统；21a、21b、21c：透镜；22：折返镜；23：透射倾斜镜；23a：平行平板；23f：一个面；23r：另一个面；24：凹面透射镜；24a：板状体；24f：另一个面；24r：一个面；51：壳体；54：支承板；100、300：虚像显示装置；100a、100b：显示装置；100c、101c：支承装置；102：显示驱动部；103：外观部件；303：外观部件；312：光学单元；321：投射光学系统；322：棱镜；323：透视镜；331：内透镜；aa1～aa8：箭头；ar1～ar4：区域；ax：光轴；ax0：投射光轴；ax1：反射光轴；ax2：反射光轴；axe：射出光轴；ea1、ea2：有效区域；ep：射出光瞳；ev1、ev2：状态；ey：眼睛；gg1、gg2、ggr：像素；ii、im：中间像；im1、im2、im3：虚像；m1、m2：网格；mc：凹面反射面；ml：图像光；ms1：平面反射面；ms2：平面反射面；ms3：平面反射面；mx：轴线；nl：法线；ol：外界光；p11：铅直圆筒状曲面；p12：近似曲面；p21：延长平面；p22：铅直平面；pi：入射光瞳；pl：显示面板；ppa：校正位置；ppi：射出点位置；ppr：位置；sp1：基准平面；us：佩戴者；vv1、vv2：状态；α、β、γ：状态；α1、α2、α3：角度；θ：倾斜角。
具体实施方式
28.[第1实施方式]
[0029]
以下，参照附图，对本发明的第1实施方式的虚像显示装置以及组装于该虚像显示装置的光学单元进行说明。
[0030]
图1是说明头戴式显示器(以下，也称为hmd)200的外观的立体图，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。
[0031]
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作为代表的虚像显示装置100进行说明。
[0032]
图2是说明作为右眼用的显示装置100a的虚像显示装置100的立体图，图3是说明虚像显示装置100的光学构造的图。在图3中，第1区域ac1是图像光生成装置11以及光学单元12的俯视图，第2区域ac2是图像光生成装置11以及光学单元12的侧视图。
[0033]
如图2所示，虚像显示装置100具有图像光生成装置11、光学单元12以及显示控制电路13。但是，在本说明书中，从实现光学功能的观点来看，将除显示控制电路13以外的装置也称为虚像显示装置100。
[0034]
图像光生成装置11是自发光型的显示设备，例如是有机el(有机电致发光，organic electro-luminescence)，在二维的显示面11a形成彩色的静态图像或动态图像。图像光生成装置11被显示控制电路13驱动而进行显示动作。图像光生成装置11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。图像光生成装置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。作为图像光生成装置11，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。在图像光生成装置11中，显示面11a成为与在光学单元12中产生的变形对应地畸变的面板面，图像光生成装置11根据在构成光学单元12的光学系统中产生的变形和图像位置(显示面11a上的射出位置)，以不同的密度射出图像光ml。另外，关于来自图像光生成装置11的光射出的详细内容，将在后面叙述。
[0035]
如图2以及图3所示，光学单元12具有投射光学系统21、折返镜22、透射倾斜镜23以及凹面透射镜24，对从图像光生成装置11射出的图像光ml进行引导而形成射出光瞳ep。在此，从图像光生成装置11到折返镜22的光路配置在透射倾斜镜23的上侧。在光学单元12中，作为投射光学系统21的光轴的投射光轴ax0相对于与yz面平行的假想的基准平面sp1，配置在交叉的方向上，yz面包含从折返镜22朝向透射倾斜镜23的光轴即反射光轴ax2、和从凹面透射镜24朝向射出光瞳ep的光轴即射出光轴axe。在该光学单元12中，例如反射光轴ax2相对于铅直方向的y方向形成角度，通过折返镜22和透射倾斜镜23形成倾斜地扭曲弯折的光路。
[0036]
投射光学系统21投射从图像光生成装置11射出的图像光ml。投射光学系统21使从图像光生成装置11射出的图像光ml以成像的方式会聚并朝向折返镜22入射。投射光学系统21不限于单透镜，在图3所示的例子中包含3个透镜21a、21b、21c，但也可以由2个或4个以上的透镜构成。透镜21a、21b、21c不限于球面透镜，能够设为非球面透镜。作为投射光学系统21的光轴的投射光轴ax0与横向的x轴方向平行地延伸。
[0037]
折返镜22按照来自图像光生成装置11的光的光路顺序，包含第1反射镜22a和第2反射镜22b。折返镜22将来自投射光学系统21的图像光ml向交叉方向反射。在此，交叉方向是指相对于投射光轴ax0形成大于0
°
的角度的方向，且包含处于扭转关系的方向。在本实施方式的情况下，通过折返镜22，光路在处于扭转关系的垂直方向上弯折。在第2反射镜22b的光射出侧配置有后述的透射倾斜镜23，有时将透射倾斜镜23称为第3反射镜。在折返镜22的近前、即与图像光ml的行进方向相反的方向的图像光生成装置11侧，配置有虚像显示装置100的入射光瞳pi。
[0038]
第1反射镜22a是平板状的光学部件，具有平面反射面ms1。第1反射镜22a的平面反射面ms1由金属膜或电介质多层膜构成。在该情况下，在平板平面上，通过蒸镀等形成例如由al、ag这样的金属形成的单层膜或多层膜所构成的反射膜。第1反射镜22a通过平面反射面ms1将在横向的x方向上行进的图像光ml向前方弯折，并使其入射到第2反射镜22b。此时，作为投射光学系统21的光轴的投射光轴ax0与从第1反射镜22a朝向第2反射镜22b的反射光轴ax1交叉。反射光轴ax1沿着yz面在 z方向和-y方向上延伸，向前方斜下方向倾斜。第1反射镜22a被未图示的部件固定于图1所示的显示驱动部102的框架。
[0039]
第1反射镜22a或平面反射面ms1在以沿铅直方向延伸的xy面为基准的情况下，成
为相对于xy面在从上方观察时绕y轴而向顺时针方向倾斜了角度α1＝45
°
的状态。平面反射面ms1的法线在投影到xz面的情况下，处于 z方向和-x方向的中间方向且分别相对于两个方向朝45
°
的方向延伸。另外，第1反射镜22a成为也绕x轴以稍微向第2反射镜22b伏倒的方式倾斜的状态。
[0040]
第2反射镜22b是平板状的光学部件，具有平面反射面ms2。第2反射镜22b的平面反射面ms2由金属膜或电介质多层膜构成。在该情况下，在平板平面上，通过蒸镀等形成例如由al、ag这样的金属形成的单层膜或多层膜所构成的反射膜。第2反射镜22b通过平面反射面ms2将朝前方行进的图像光ml向后方弯折，而使其入射到作为第3反射镜的透射倾斜镜23。此时，从第1反射镜22a朝向第2反射镜22b的反射光轴ax1与从第2反射镜22b朝向透射倾斜镜23的反射光轴ax2交叉。反射光轴ax2沿着yz平面在-z方向和-y方向上延伸，向后方斜下方倾斜。第2反射镜22b被未图示的部件固定于图1所示的显示驱动部102的框架。
[0041]
第2反射镜22b或者平面反射面ms2在以沿铅直方向延伸的xy面为基准的情况下，成为相对于xy面在从图像光生成装置11观察时绕x轴而向逆时针方向倾斜了角度α2＝20～40
°
左右的状态。平面反射面ms2的法线处于与yz面平行的面内，成为相对于z轴向逆时针方向倾斜了20
°
～40
°
左右的状态。
[0042]
透射倾斜镜23是作为具有透射性的表面反射镜而发挥功能的平板板状的光学部件，具有平面反射面ms3。透射倾斜镜23在具有均匀的厚度且具有透射性的平行平板23a的一个面23f上形成金属膜或电介质多层膜而形成了平面反射面ms3。平面反射面ms3的反射率以及透射率例如能够设定为50％左右，能够进行任意减光的设定。另外，能够在平行平板23a的另一个面23r上形成防反射膜。透射倾斜镜23通过平面反射面ms3将朝斜后方向行进的图像光ml向前方弯折，而使其入射到凹面透射镜24。此时，从第2反射镜22b朝向透射倾斜镜23的反射光轴ax2与从透射倾斜镜23朝向凹面透射镜24的射出光轴axe交叉。射出光轴axe与凹面透射镜24的轴线mx一致，向 z方向即前方延伸。在此，凹面透射镜24的轴线mx通常是指凹面透射镜24的旋转对称轴。例如在凹面透射镜24从旋转对称的形状偏离的情况下，凹面透射镜24的轴线mx是指通过射出光轴axe与凹面透射镜24的交点、且该交点处的相对于凹面透射镜24的切平面的法线。透射倾斜镜23配置在凹面透射镜24与配置眼睛ey或瞳孔的射出光瞳ep之间，覆盖射出光瞳ep。此外，射出光轴axe是从透射倾斜镜23朝向凹面透射镜24的轴线，也是从凹面镜24朝向射出光瞳ep的中心的轴线。透射倾斜镜23能够直接或间接地固定于图1所示的显示驱动部102的框架，能够成为适当地设定了相对于凹面透射镜24等的配置关系的状态。
[0043]
透射倾斜镜23或平面反射面ms3在以沿铅直方向延伸的xy面为基准的情况下，成为相对于xy面在从图像光生成装置11观察时绕x轴而向逆时针方向倾斜了角度α3＝20～40
°
左右的状态。平面反射面ms3的法线nl处于与yz面平行的面内，成为相对于z轴向逆时针方向倾斜了20
°
～40
°
左右的状态。如上所述，透射倾斜镜23被配置为作为铅直轴的y轴与透射倾斜镜23所成的角度小于45
°
。假设在y轴与透射倾斜镜23所成的角度大于45
°
时，透射倾斜镜23成为从标准塌下的状态，透射镜在z轴方向上的厚度增大，而在y轴与透射倾斜镜23所成的角度小于45
°
时，透射倾斜镜23成为比标准立起的状态，透射镜在z轴方向上的厚度减小。即，通过如本实施方式那样使y轴与透射倾斜镜23所成的角度小于45
°
，能够避免成为透射倾斜镜23以凹面透射镜24为基准向背面的-z方向大幅突出的配置，能够避免虚像显示
装置100或光学单元12在前后z方向上的厚度增大。
[0044]
凹面透射镜24是作为图1所示的透射性的表面反射镜发挥功能的弯曲的光学部件，具有朝向射出光瞳ep具有凹形的凹面反射面mc。凹面透射镜24具有光会聚功能，对由透射倾斜镜23反射并发散的图像光ml进行准直，并经由透射倾斜镜23使其入射至射出光瞳ep。凹面透射镜24朝向射出光瞳ep具有凹面，作为具有使凹面朝向外界反转的凸面的结果，在弯曲的同时具有同样的厚度。凹面透射镜24的板状体24a是决定凹面透射镜24的外形的基材。板状体24a具有以规定的透射率使光透过的透射性。在板状体24a的一个面24r上形成金属膜或电介质多层膜作为透射反射膜，该透射反射膜作为凹形的透射反射面mc发挥功能。平面反射面ms3的反射率例如设定为20～50％左右。另外，能够在板状体24a的另一个面24f上形成防反射膜。凹面反射面mc不限于球面，能够设为非球面。凹面透射镜24对由透射倾斜镜23反射而向前方行进的图像光ml进行反射而使其返回透射倾斜镜23，并且使其部分地透过了透射倾斜镜23而会聚到射出光瞳ep。此时，从透射倾斜镜23朝向凹面透射镜24的射出光轴axe与由凹面透射镜24折回并朝向射出光瞳ep的光轴一致。射出光瞳ep处于与配置于折返镜22近前的入射光瞳pi共轭的位置。
[0045]
凹面透射镜24以构成外观部件103的一部分的方式组装。即，通过在凹面透射镜24的周围以扩展的方式设置具有透射性或不具有透射性的板状部件，能够形成包含凹面透射镜24的外观部件103。外观部件103不限于眼镜镜片状的部件，能够形成各种轮廓或外观。
[0046]
以上，第2反射镜22b不与透射倾斜镜23平行。即，相对于作为透射倾斜镜23的倾斜角度的角度α3，第2反射镜22b的倾斜角度即角度α2不同。作为其结果，在基于投射光学系统21的投射光轴ax0考虑时，即沿着投射光轴ax0观察时，与图像的横向对应的横轴h相对于水平的z方向以形成倾斜角θ的方式旋转。在图像光生成装置11的显示面11a如图示那样为矩形的情况下，图像的横轴h与其横边对应。在基于通过射出光瞳ep的射出光轴axe考虑时，即沿着射出光轴axe观察时，图像的横轴h相当于与x方向平行地延伸的hd。
[0047]
对折返镜22相对于透射倾斜镜23以及凹面透射镜24的配置关系进行说明。折返镜22配置在透射倾斜镜23与凹面透射镜24之间。具体而言，第1反射镜22a和第2反射镜22b配置在如下的截面为楔形的空间内，该空间被夹在将透射倾斜镜23的平面反射面ms3假想地延长而成的延长平面p21、和将凹面透射镜24的上端外侧沿铅直y方向假想地延长而成的铅直圆筒状曲面p11之间。并且，为了满足更优选的条件，第1反射镜22a和第2反射镜22b配置在将透射倾斜镜23的平面反射面ms3的上端沿铅直y方向假想地延长而成的铅直平面p22、和将凹面透射镜24的上端外侧假想地延长而成的2次的近似曲面p12之间。以上，将假想地延长了透射倾斜镜23的延长平面p21和将凹面透射镜24的上端外侧沿铅直y方向假想地延长的铅直圆筒状曲面p11之间所夹的空间称为截面为楔形的空间，但配置折返镜22的空间依赖于透射倾斜镜23、凹面透射镜24的配置和形状，不限于截面为楔形。在以下说明的其他实施方式、变形例中也是同样如此。
[0048]
投射光学系统21和图像光生成装置11相对于透射倾斜镜23和凹面透射镜24的配置关系也优选与折返镜22相同，但受到投射光学系统21的长度等尺寸上的限制。投射光学系统21和图像光生成装置11优选配置于夹在透射倾斜镜23的假想的延长平面p21与针对凹面透射镜24设定的假想的铅直圆筒状曲面p11之间的截面为楔形的空间内，但在不容易实现的情况下，优选将从图像光生成装置11的显示面11a延伸至折返镜22的投射光轴ax0配置
在延长平面p21与铅直圆筒状曲面p11之间。更优选的是，投射光学系统21和图像光生成装置11优选配置在针对透射倾斜镜23设定的铅直平面p22和针对凹面透射镜24设定的近似曲面p12之间，但在不容易实现的情况下，优选将从显示面11a延伸到折返镜22的投射光轴ax0配置在铅直平面p22和近似曲面p12之间。
[0049]
构成折返镜22的第1反射镜22a和第2反射镜22b被配置为避免遮挡凹面透射镜24的有效区域ea1、透射倾斜镜23的有效区域ea2。例如关于有效区域ea1，在透射倾斜镜23的附近用虚线表示。具体而言，从侧面观察时，第2反射镜22b的位置配置在比由有效区域ea1、有效区域ea2和被透射倾斜镜23反射的图像光ml的上下最端部的视场角的光线形成的区域更靠图像光生成装置11或投射光学系统21侧。在光学设计上，容易将构成折返镜22的第2反射镜22b向-y侧下降，但若过度地降低第2反射镜22b等，则会妨碍来自射出光瞳ep的视野。这样，通过将折返镜22配置成避免遮挡凹面透射镜24和透射倾斜镜23的有效区域ea1、ea2，能够防止过度地降低折返镜22而在与凹面透射镜24、透射倾斜镜23之间产生干涉。即，从佩戴者us的眼睛ey或射出光瞳ep观察，折返镜22被配置为不遮挡与影像区域对应的视场角。
[0050]
若对光路进行说明，则来自图像光生成装置11的图像光ml被投射光学系统21以成像的方式会聚，并被折返镜22的第1反射镜22a和第2反射镜22b依次反射而入射到透射倾斜镜23。被透射倾斜镜23反射例如50％左右后的图像光ml入射到凹面透射镜24，被凹面反射面mc以例如50％左右以下的反射率反射。由凹面透射镜24反射后的图像光ml入射到配置有佩戴者us的眼睛ey或瞳孔的射出光瞳ep。在透射倾斜镜23与第2反射镜22b之间形成有中间像ii。中间像ii将形成于图像光生成装置11的显示面11a的图像适当放大。通过了凹面透射镜24的外界光ol也入射到射出光瞳ep。即，佩戴hmd 200的佩戴者us能够与外界像重叠地观察到基于图像光ml的虚像。
[0051]
另外，在以上说明的虚像显示装置100中，折返镜22配置在透射倾斜镜23与凹面透射镜24之间，因此能够防止折返镜22向凹面透射镜24的前方突出或向透射倾斜镜23的背面方向突出，能够使光学系统整体变小，能够使虚像显示装置100小型化，能够实现智能的外观。
[0052]
以下，参照图4a等，更详细地说明来自图像光生成装置11的光射出。图4a是用于说明在光学单元12中产生的像差的情形的概念图，图4b是用于说明图像光生成装置11的面板面形状即显示面11a的形状的概念图。
[0053]
首先，图4a是表示在构成上述虚像显示装置100的光学单元12那样的光学系统中产生的畸变像差(畸变)的情形的一例的概念图。例如，图中实线所示的网格m1表示没有畸变像差(畸变)的理想状态、或者通过光学单元12之前的状态的一例。
[0054]
与此相对，图中虚线所示的网格m2表示在光学单元12中产生的畸变像差(畸变)的情形。换言之，假设使显示面11a的形状以网格m1所示那样的矩形的状态射出，则由佩戴者us的眼睛ey(参照图1等)看到的虚像因在光学单元12产生的畸变像差而被看成网格m2所示那样的变形的形状。
[0055]
考虑到上述那样的状况，在本实施方式中，如图4b所示，不将图像光生成装置11的显示面11a的形状设为图中比较例的虚线所示的矩形显示面11s那样，而使其对应于在光学单元12中产生的变形而畸变。即，显示面11a成为产生抵消与图4a中虚线所示的像差相伴的变形(筒形)的相反变形的形状(枕形)。更具体而言，计算光学单元12中的畸变像差量(畸变
量)，制作将与没有畸变像差(畸变)的状态之差设为面板侧的补偿量来进行了校正的显示面，作为显示面11a。从另一角度看，图像光生成装置11允许光学单元12中的畸变像差产生而减轻了光学系统(折射透镜、反射镜透镜)侧的负担。
[0056]
以下，参照作为图5a～图5c示出的概念图，对在上述光学单元12中产生的像差和与像差对应的虚像观看方式之间的关系进行说明。
[0057]
在图5a中，示出为网格状的作为矩形区域的虚像im1是作为应看到目标状态的虚像。与此相对，在图5b中，作为区域示出为网格状的虚像im2是假设在从与虚像im1相似的矩形面板面射出图像光ml的情况下看到的虚像。在该情况下，如参照图4a说明的那样，伴随在如光学单元12那样的光学系统中产生的畸变像差，虚像im2成为相对于虚线所示的目标虚像im1变形的形状。
[0058]
因此，在本实施方式中，如参照图4b说明的那样，使作为图像光生成装置11的面板面的显示面11a的形状不成为矩形而变形。在该情况下，假设为没有畸变像差的理想状态，则如图5c中虚线所示的作为示出为网格状的区域的虚像im3那样，成为与图5b的虚像im2相反地变形的形状。然而实际上，由于在光学单元12中产生的畸变像差使变形被抵消，从而佩戴者us看到图中实线所示的作为目标状态的虚像im1。
[0059]
以下，参照图6，关于上述方式，从图像光ml的射出位置的观点进行说明。图6是用于说明光的射出位置的概念图，首先，在图中，光轴ax相当于图2等所示的投射光轴ax0或射出光轴axe，表示图像的中心。另外，白圈的点表示假想的光的射出点位置ppi。即，射出点位置ppi排列在二维平面的格子点上，如果是不产生畸变像差的系统，则射出点位置ppi与图像光生成装置11的面板面的光射出点的位置(像素的位置)对应，并且也与作为虚像被看到的图像的各像素的位置对应。然而实际上，由于由光学系统引起的畸变像差而产生的畸变影响，因此假设在面板侧从与射出点位置ppi对应的位置射出图像光ml，则作为实际看到的位置，成为由白三角形的点表示的位置ppr。因此，本实施方式中，在面板侧，从与白四边形的点所示的校正位置ppa对应的位置射出图像光ml，即，将校正位置ppa设为显示面11a上的射出位置即图像位置，从而作为虚像被看到的图像，以与射出点位置ppi的位置对应的方式被进行了校正。即，射出点位置ppi在格子点上均匀地排列，与此相对，校正位置ppa对应于图像光生成装置11的面板面(显示面11a)上的位置不均匀地排列。从基于图像光生成装置11的观点进一步换言之，图像光生成装置11如校正位置ppa所示那样，按每个图像位置以不同的密度射出图像光ml。
[0060]
在此，在本实施方式所示的一例中，光学单元12是以相当于投射光轴ax0等的光轴ax为中心的旋转对称的光学系统，即以光轴ax为旋转对称轴的同轴系的光学系统。在该情况下，在图6概念性地示出的图像上的各位置中，在接近光轴ax的位置侧，由像差引起的变形(位置偏移)的影响小，另一方面，在远离光轴ax的位置的周边侧，该影响大。即，从图6中的各点来看，位于相互对应的位置的白圈的点(射出点位置ppi)、白三角形的点(位置ppr)以及白四边形的点(校正位置ppa)的分离程度(重叠程度)随着远离光轴ax而变化。因此，图像光生成装置11假定为对远离光轴ax位置的周边侧图像进行校正的方式。
[0061]
如上所述，在本实施方式中，虚像显示装置100具有图像光生成装置11和对从图像光生成装置11射出的图像光ml进行引导的光学单元12，图像光生成装置11根据在构成光学单元12的光学系统中产生的变形和图像位置(图像光生成装置11的面板面上的位置)，以不
同的密度射出图像光ml。在该情况下，图像光生成装置11根据在光学单元12中产生的变形和图像位置，以不同的密度射出图像光ml，由此能够减轻与在光学单元12中产生的畸变像差(畸变)的校正相关的负荷，实现装置的小型化、简易化。
[0062]
以下，参照图7，对本实施方式的虚像显示装置的一个结构例进行说明。另外，在图7中，为了简化说明，示出了省略折返镜22(参照图2等)而展开的侧剖视图。
[0063]
在本实施方式中，作为旋转对称轴的光学系统的一例，例示了所谓的鸟浴型(bird bath type)的光学系统，在作为图7a示出的虚像显示装置100的一个结构例中，示出了由3片透镜构成光学单元12中的投射光学系统21的例子。在该情况下，与图7b中作为另一例示出的由4片透镜构成的情况相比，能够减小光学系统，特别是能够减小从透射倾斜镜23、凹面透射镜24到图像光生成装置11的距离。
[0064]
另外，如图7b中作为另一例所示，在由4片透镜构成投射光学系统21的情况下等，通过图像光生成装置11负担像差的校正，例如对于各透镜的一部分或全部采用球面透镜等，能够使透镜结构变得简单。
[0065]
[第2实施方式]
[0066]
以下，对第2实施方式的虚像显示装置等进行说明。另外，第2实施方式的虚像显示装置是变更了第1实施方式的虚像显示装置中的图像光生成装置的装置，对于其他共同部分省略说明。
[0067]
参照图8等，说明构成第2实施方式的虚像显示装置的图像光生成装置的一例。
[0068]
图8是用于对本实施方式的虚像显示装置中的图像光生成装置211进行说明的概念图，概念性地示出了构成图像光生成装置211的显示面板pl及其部分放大图。
[0069]
在本实施方式中，图像光生成装置211或显示面板pl具有矩形的面板面，在远离光轴ax(投射光轴ax0)的周边侧和接近光轴ax(投射光轴ax0)的中心侧，由分辨率(细度)不同的像素构成。具体而言，在周边侧的区域ar1中，如部分放大示出的状态ev1那样，由相当于4k(相当于像素数3840
×
2160)的像素gg1构成了图像光生成装置211。与此相对，在中心侧的区域ar2中，如部分放大示出的状态ev2那样，由相当于全hd(相当于像素数1920
×
1080)的像素gg2构成了图像光生成装置211。即，周边侧的区域ar1由比中心侧的区域ar2大4(＝2
×
2)倍的细度的像素构成。在此，如图所示，在区域ar1中，将射出点位置ppi以4(＝2
×
2)像素为1组的单位设定在格点上。另一方面，在区域ar2中，射出点位置ppi与1个像素单位对应地设定。即，作为图像整体，假定提供相当于全hd的分辨率的图像。
[0070]
以上，首先，在周边侧的区域ar1中，像差校正的量较多，因此考虑畸变像差，设为从与在格点上排列的射出点位置ppi对应的校正位置ppa射出光的方式。即，射出点位置ppi表示作为虚像被看到时的理想位置。因此，在状态ev1中，通过从位于由双向箭头表示与各射出点位置ppi的对应关系的校正位置ppa的像素gg1射出应作为来自射出点位置ppi的光而射出的图像光，成为佩戴者us看到期望虚像的方式。另外，在图示的例子中，将与各射出点位置ppi对应的校正位置ppa为单个的情况和为多个的情况混合表示，但关于这一点，能够根据像差校正的量、亮度的调整等各种事项适当选择。另外，在以上的情况下，像素gg1中的仅位于与射出点位置ppi对应的校正位置ppa的一部分被实际使用。即，在状态vv1中，仅阴影线所示的像素ggr被用作在区域ar1射出图像光的部分。
[0071]
另一方面，在中心侧的区域ar2中，像差校正的量较少，因此如状态ev2所示，射出
点位置ppi与校正位置ppa之差成为一个像素都不到的程度。即，不需要校正。因此，在状态vv2中，阴影线所示的像素ggr与区域ar2中的全部像素gg2对应。
[0072]
以上，从另一角度看，在图像光生成装置211中，成为在远离光轴ax位置的周边侧的像素使用率低于在接近光轴ax位置的中央侧的像素使用率的方式。
[0073]
如上所述，在本实施方式中，图像光生成装置211具有像素密度在接近光轴ax位置的中央侧和远离光轴ax位置的周边侧不同的显示面板pl。特别是，在图8的一个例子中，通过使周边侧的像素密度比中心侧高，能够根据伴随着畸变像差的位置校正的量来进行位于准确位置的像素的选择。在该情况下，例如即使在区域ar1中存在根据变形校正而扩展的范围，也能够不降低分辨率(在上述例子中维持相当于全hd)地形成图像。
[0074]
以下，参照图9，对本实施方式的一个变形例进行说明。图9是与图8对应的图，在构成图像光生成装置211的显示面板pl中设置周边侧的区域ar3和中心侧的区域ar4这一点上，与图8的一例相同，但在将分辨率均设为同等(例如相当于4k)这一点上不同。
[0075]
以上，关于射出点位置ppi，在周边侧的区域ar3设为与图8的区域ar1相同，另一方面，关于中心侧的区域ar4，假设与1个像素单位对应地设定。即，设为了在对于人眼灵敏度更高的中心侧，形成更高精细的图像的方式。
[0076]
另外以上，也可以是，在边界附近例如按照帧频将周边侧的区域ar1(ar3)和中心侧的区域ar2(ar4)中的图像形成的方法适当对调来进行，由此进行将边界部分模糊成看不到的控制。
[0077]
另外，关于在周边侧的区域ar1(ar3)中实际使用的像素ggr的决定，考虑各种方式，例如也可以考虑设为根据hmd 200或虚像显示装置100的组装时的误差、产生的像差的个体差异进行适当选择的方式。
[0078]
进而，在上述的一例中，将图像光生成装置211或构成其的显示面板pl设为矩形，但并不限于此，例如也可以考虑针对第1实施方式所例示的具有畸变的面板面的图像光生成装置11，进行上述那样的像素或图像控制的方式。
[0079]
在本实施方式中，图像光生成装置211也根据在构成光学单元12(参照图2等)的光学系统中产生的变形和图像位置，以不同的密度射出图像光ml，由此能够进行畸变像差(畸变)的校正，实现装置的小型化、简易化。另外，在本实施方式的情况下，能够通过选择面板侧中的周边侧的使用像差校正的像素来实现。
[0080]
[第3实施方式]
[0081]
以下，参照图10等，对第3实施方式的虚像显示装置等进行说明。另外，关于整体外观，与在第1实施方式中参照图1说明的相同，因此省略。
[0082]
如作为图10示出一例的针对内部构造的侧剖视图所示，在本实施方式的虚像显示装置300中，右眼用的第1显示装置301a具有图像光生成装置311和光学单元312作为光学要素。从将来自图像光生成装置311的图像光ml引导到射出光瞳ep的形成位置的观点来看，光学单元312也称为导光装置。
[0083]
关于图像光生成装置311，除了形状之外，与第1实施方式等的情况相同，因此在此省略说明，关于形状的事项在后面叙述。
[0084]
光学单元312包含投射光学系统321、棱镜322和透视镜323。投射光学系统321将从图像光生成装置311射出的图像光ml会聚成接近平行光束的状态。投射光学系统321在图示
的例子中是单透镜，具有入射面和射出面。棱镜322具有入射面、内反射面和射出面，使从投射光学系统321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323将从棱镜322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311a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311a上的各点位置对应的角度方向重叠方式入射的位置。图示的光学单元312的fov(field of view：视场)为44
°
。基于光学单元312的虚像显示区域为矩形，上述44
°
为对角方向。
[0085]
投射光学系统321和棱镜322与图像光生成装置311一起被收纳于壳体51。壳体51由遮光性的材料形成，内置有使图像光生成装置311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322朝向透视镜323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。保护罩由不具有光学的屈光力、使图像光ml不衰减地通过的树脂材料等形成。通过保护罩，能够使壳体51内的收纳空间成为密闭状态，能够提高防尘、防露、防止与光学面的接触等功能。透视镜323经由支承板54被支承于壳体51。壳体51或支承板54由支承装置101c(参照图1)支承，由支承板54和透视镜323构成外观部件303。另外，在透视镜323的里侧配置有内透镜331。
[0086]
光学单元312是离轴光学系统。即，构成光学单元312的投射光学系统321、棱镜322以及透视镜323以形成离轴光学系统的方式配置。另外，光学单元312为离轴光学系统是指，在构成光学单元312的光学元件321、322、323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光学单元312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321到内反射面的光路、从内反射面到透视镜323的光路以及从透视镜323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。
[0087]
另外，在图示中，中间像im形成在棱镜322与透视镜323之间。
[0088]
在以上那样的虚像显示装置300中，根据光学单元312的结构，由此也会产生畸变像差。特别是，在由离轴光学系统构成的光学单元312中，与第1实施方式等例示的轴对称的光学单元的像差产生方式不同。
[0089]
以下，参照图11等，对虚像显示装置300中的畸变像差的产生及其校正的一例进行说明。
[0090]
图11是用于说明在虚像显示装置300中产生的像差和与像差对应的图像光生成装置311的面板面形状的关系的概念图。另外，图12是用于说明变形校正的方向的概念图。
[0091]
首先，如图11所示，与参照图5、图6等进行说明的情况同样，在状态α中，作为设想的光的射出点位置ppi，在二维平面的格子点上排列示出，在图示中，用黑圈的点表示射出点位置ppi。另外，在状态β中，假设在面板侧从与射出点位置ppi对应的位置射出图像光ml的情况下，用黑三角形的点表示因畸变像差而产生的变形位置ppr(进而变形后的虚像im2的位置)。相对于此，在状态γ中，用黑四边形的点表示在面板侧应射出图像光ml的校正位置ppa。即，图像光生成装置311通过设为在显示面311a中具有与校正位置ppa对应的形状以及射出位置的方式，能够使佩戴者us看到作为与射出点位置ppi对应的图像的虚像im1。
[0092]
在本实施方式中，如上所述，是作为离轴光学系统的、即不是轴对称的光学系统的非轴旋转对称的光学系统，但在此的一例中，是线对称的光学系统，因此图像光生成装置
311或显示面311a的形状成为与离轴的方向对应的扇形。即，如图所示，与矩形的状态相比，成为显示面311a的上方侧比下方侧扩展的形状，并且是两侧均朝向上方侧凸出的形状。
[0093]
另外，在以上的情况下，显示面311a与虚像im1的对应关系如图12所示。在该情况下，关于畸变校正的方向，如各箭头aa1～aa8所例示的那样，收缩、扩展根据场所(图像位置)而不同，成为混合存在的状态。例如，如箭头aa1、箭头aa3所示，在显示面311a或虚像im1的四角中的上方侧( y1侧)，对x1方向(水平方向、横向)进行缩小，另一方面，对y1方向(垂直方向、纵向)进行放大。与此相对，例如箭头aa6、箭头aa8所示，在显示面311a或虚像im1的四角中的下方侧(-y1侧)，对x1方向(水平方向、横向)进行放大，另一方面，对y1方向(垂直方向、纵向)进行缩小。即，在以上的情况下，在图像光生成装置311中，畸变校正的方向成为包含收缩和扩展这两者的状态。
[0094]
在该情况下，特别是对于放大的方向，向分辨率下降侧产生作用。对此，例如在第2实施方式中参照图8说明了一个例子那样，对于图像光生成装置311的显示面板，通过提高相应的范围即根据变形校正而扩展的范围的像素密度，能够维持图像质量。
[0095]
在本实施方式中，图像光生成装置311也根据在构成光学单元312的光学系统中产生的变形和图像位置，以不同的密度射出图像光ml，由此能够进行畸变像差(畸变)的校正，实现装置的小型化、简易化。
[0096]
以下，参照图13等，对图像光生成装置的一个变形例的像素的结构进行说明。首先，如图13所示，也可以考虑采用沿着畸变的形状的像素配置。即，如图中的部分放大图所示，也考虑如下配置：在显示面311a中，在校正少的中心侧，设为通常的矩形的像素形状，另一方面，在校正多的周边侧，以沿着扇形的显示面311a的轮廓形状的方式，应用例如平行四边形的像素。或者，如图14所示，也可以考虑将矩形的像素设为与显示面311a的轮廓形状相匹配地倾斜的配置。
[0097]
另外，除了上述之外，如图15所示，也可以使构成各像素的r(红)g(绿)b(蓝)的排列与图14所示的一例不同，例如在右侧和左侧镜像对称。即，也可以考虑色差而以能够缩小该色差的方式进行排列。另外，如图所示，除了左右镜像对称之外，也可以在上下对称的情况下排列，或者上下左右一并地在倾斜方向上排列。
[0098]
[变形例及其他]
[0099]
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。
[0100]
在上述实施方式的虚像显示装置中，作为图像光生成装置，使用了有机el元件等自发光型的显示设备、lcd以及其他光调制元件，但也可以取而代之，为使用组合了激光光源和作为多面镜等的扫描仪的激光扫描仪的结构。即，也能够对激光视网膜投影型的头戴式显示器应用本发明。
[0101]
在透视镜的外界侧，能够安装通过限制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、电子遮罩等。调光设备也可以根据外部光照度来调整透射率。在通过调光设备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，本技术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视频透视的产品对应。
[0102]
以上，以虚像显示装置300佩戴于头部来使用为前提，但上述虚像显示装置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。
[0103]
另外，以上，对进行纵向导光的情况进行了说明，但关于在横向上进行导光的情况，也可以应用本技术。进而，即使在扫描激光来形成图像的情况下，也能够通过调整激光的脉冲、操作定时来进行与上述相同的图像形成。
[0104]
另外，通过在面板侧进行校正，在面板的最小像素变小的情况下，设为考虑到该情况来进行分辨的光学系统。例如，相对于与通常的像素间距对应的空间频率50lp/mm，能够分辨与作为校正面板的显示面11a的最小像素间距对应的空间频率60lp/mm。具体而言，考虑基于空间频率60lp/mm设计成mtf为10％以上。
[0105]
另外，在以上的例如图1中，也可以考虑将射出光轴axe构成为相对于前方的 z方向朝下倾斜10
°
左右而延伸。通过使射出光轴axe相对于作为水平轴的z轴在前方侧向下10
°
左右，能够降低观察虚像的佩戴者us的眼睛ey的疲劳。在该情况下，关于面板侧的校正，根据需要，能够适当变更图像光生成装置10的形状。
[0106]
如上所述，具体的一个方式中的虚像显示装置具有：图像光生成装置；以及光学单元，其对从图像光生成装置射出的图像光进行引导，图像光生成装置根据在构成光学单元的光学系统中产生的变形和图像位置，以不同的密度射出图像光。
[0107]
在上述虚像显示装置中，图像光生成装置根据在构成光学单元的光学系统中产生的变形和图像位置，以不同的密度射出图像光，由此能够减轻与该光学系统中的畸变像差(畸变)的校正相关的负荷，实现装置的小型化、简易化。
[0108]
在具体的方面中，图像光生成装置具有根据在光学单元中产生的变形而畸变的面板面。在该情况下，能够从期望的图像位置射出图像光。
[0109]
在另一方面中，光学单元由以光轴为中心的旋转对称的光学系统构成，图像光生成装置对远离光轴的位置的周边侧的图像进行校正。在该情况下，通过校正容易产生像差的周边侧的图像，能够维持图像质量。
[0110]
在又一方面中，光学单元具有：投射光学系统，其投射从图像光生成装置射出的图像光；折返镜，其将来自投射光学系统的图像光朝交叉方向反射；透射镜，其反射来自折返镜的图像光的一部分；以及凹面镜，其将由透射镜反射后的图像光朝向透射镜反射而形成射出光瞳。在该情况下，将光路弯折，能够在维持光学性能的同时，实现装置的小型化。
[0111]
在又一方面中，光学单元具有：投射光学系统，其投射从图像光生成装置射出的图像光；棱镜，其使从投射光学系统射出的图像光在折射的同时入射到入射面，利用内反射面进行全反射，并从射出面在折射的同时射出该图像光；以及透视镜，其将从棱镜射出的图像光朝向射出光瞳反射。在该情况下，能够利用棱镜，在维持光学性能的同时实现装置的小型化。
[0112]
在又一方面中，光学单元由非轴旋转对称的光学系统构成，图像光生成装置具有呈扇形畸变的面板面。在该情况下，在非轴旋转对称的光学系统中，能够进行必要的校正。
[0113]
在又一方面中，在图像光生成装置中，畸变校正的方向包含收缩和扩展这两者。在该情况下，能够通过收缩和扩展来进行适当的校正。
[0114]
在又一方面中，图像光生成装置具有像素密度在接近光轴位置的中央侧和远离光
轴位置的周边侧不同的显示面板。在该情况下，能够根据针对每个位置而不同的校正量来调整射出图像光的密度。
[0115]
在又一方面中，显示面板提高了根据变形校正而扩展的范围的像素密度。在该情况下，即使存在根据变形校正而扩展的范围，也能够维持分辨率。
[0116]
在又一方面中，在图像光生成装置中，远离光轴位置的周边侧的像素使用率低于接近光轴位置的中央侧的像素使用率。在该情况下，通过根据位置改变像素使用率，能够进行期望的像差校正。
[0117]
在又一方面中，光学单元对图像光进行引导而形成射出光瞳。