CN107407813A - 图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能的图像显示装置。本发明的图像显示装置的特征在于，具有：图像生成部，其射出第1图像光；光瞳放大元件，其放大来自图像生成部的第1图像光中包含的光束的直径而形成第2图像光；第1聚光光学***，其使第2图像光进行会聚而形成中间像；以及第2聚光光学***，其使来自中间像的光进行会聚而在观察者的眼睛中生成虚像，在至少包含图像生成部、光瞳放大元件和观察者的眼睛的面内，第1图像光的最大射出角度小于虚像的最大视场角，第2图像光中包含的光束的直径大于虚像中包含的光束的直径。

Description

图像显示装置
技术领域
本发明涉及图像显示装置。
背景技术
近年来，头戴式显示器等佩戴式显示装置受到关注。在这样的头戴式显示器中，在入射到观察者的眼瞳时的图像光中包含的光束的直径、即出瞳小于观察者的瞳径的情况下，需要进行位置调节，以使观察者的眼瞳位置不从出瞳偏离，导致使用性非常差。因此，已知有使用光学元件来放大图像光所形成的出瞳的技术(例如，参照专利文献1)。以下，这样放大图像光所形成的出瞳的功能被称作光瞳放大功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-134266号公报
发明内容
发明要解决的课题
另外，对于头戴式显示器要求进一步的高视场角化(广角化)。为了实现头戴式显示器的广角化，需要通过使用透镜及凹面镜等光学***统来扩大图像光的视场角。
然而，如果扩大图像光的视场角，则出瞳的大小会缩小。这样，在放大视场角与放大光瞳之间成立了一种相反的关系。因此，期望提供一种能够同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能的新技术。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，目的在于提供一种能够同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能的图像显示装置。
用于解决课题的手段
根据本发明的第1方式，提供一种图像显示装置，该图像显示装置具有：图像生成部，其射出第1图像光；光瞳放大元件，其放大来自所述图像生成部的所述第1图像光中包含的光束的直径而形成第2图像光；第1聚光光学***，其对所述第2图像光进行会聚而形成中间像；以及第2聚光光学***，其对来自所述中间像的光进行会聚而在观察者的眼睛中生成虚像，在至少包含所述图像生成部、所述光瞳放大元件和所述观察者的眼睛的面内，所述第1图像光的最大射出角度小于所述虚像的最大视场角，所述第2图像光中包含的光束的直径大于所述虚像中包含的光束的直径。
在入射到观察者的眼瞳时的虚像中包含的光束的直径、即出瞳与视场角的大小之间，如果扩大虚像的视场角则出瞳的大小缩小这样的关系成立。
根据第1方式的图像显示装置，第2图像光中包含的光束的直径大于出瞳，因此，考虑到由于扩大虚像的视场角而缩小的量来设定虚像中包含的光束(出瞳)大小。因此，即使虚像中包含的光束的直径由于扩大虚像的视场角而缩小，也能够得到规定尺寸的出瞳。由此，能够提供同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能的图像显示装置。
在上述第1方式中，也可以构成为，由相对于所述第1图像光的最大射出角度的、所述虚像的最大视场角规定的角放大率为1以上且2.5以下。此时，优选的是，所述角放大率为1.1以上且1.7以下。
根据该结构，能够防止由于角放大率超出必要程度地增大而导致的光瞳放大元件及第1聚光光学***的大型化，因此，能够使图像显示装置本身小型化。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述第1聚光光学***的实质上的焦距除以所述第2聚光光学***的实质上的焦距而得到的角放大率为1以上且2.5以下。优选的是，所述角放大率为1.1以上且1.7以下。
根据该结构，能够防止由于角放大率超出必要程度地增大而导致的光瞳放大元件及第1聚光光学***的大型化，因此，能够使图像显示装置本身小型化。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述光瞳放大元件的放大率被设定成，所述第2图像光中包含的光束的直径为所述虚像中包含的光束的直径乘以所述角放大率而得到的大小以上。
根据该结构，考虑到由于高视场角化而缩小的量来设定第2图像光的大小，因此，能够使图像光大于规定的出瞳。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述图像生成部是通过对从光源部射出的光进行扫描而形成所述第1图像光的光扫描器件。
这样，能够提供如下图像显示装置：在利用光扫描器件形成图像光的方式中，通过同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能，实现了小型化和高视场角化。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述图像生成部具有电光学装置和准直透镜。
根据该结构，能够提供如下图像显示装置：在利用电光学装置形成图像光的方式中，通过同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能，实现了小型化和高视场角化。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述光瞳放大元件是将多个导光部件隔着半反射镜层接合起来而形成的光学元件。
根据该结构，能够简单且可靠地放大图像光。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述光瞳放大元件是包含衍射元件的光学元件。
根据该结构，能够简单且可靠地放大图像光。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述第1聚光光学***是至少包含正屈光力和负屈光力的光学***，整体具有正屈光力。
根据该结构，能够良好地形成图像光的中间像。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述第2聚光光学***是在至少包含所述图像生成部、所述光瞳放大元件和所述观察者的眼睛的面内具有正屈光力的凹面镜。
根据该结构，能够将来自中间像的光恢复为大致平行光而在观察者的眼睛的瞳孔附近形成出瞳。由此，能够在远处生成规定的视场角的虚像。
在上述第1方式中，也可以构成为，所述第2聚光光学***是在至少包含所述图像生成部、所述光瞳放大元件和所述观察者的眼睛的面内具有正屈光力的反射型全息元件。
全息元件能够使入射角与反射角不同，因此，能够获得放大被反射后的光束的截面的光瞳放大效果。由此，能够与由全息元件起到的光瞳放大效果相对应地缩小第2图像光中包含的光束的直径。由此，能够使光瞳放大元件以及第1光学***与第2图像光中包含的光束的直径变小的量相对应地小型化，因此，能够使装置整体小型化。
此外，例如，如果将第2图像光中包含的光束的直径的大小确保为原来的大小，即使增大角放大率，也能够利用全息元件的光瞳放大效果而得到足够大小的虚像中包含的光束。由此，由此，能够实现高视场角化。
或者，如果不使第2图像光中包含的光束的大小和角放大率发生变化，则能够与全息元件的光瞳放大效果相对应地使虚像中包含的光束变得更大，因此，能够针对多种眼睛的大小的人们改善可视性。
附图说明
图1是示出佩戴本实施方式的HMD的状态的图。
图2是本实施方式的HMD的立体图。
图3是示出显示装置的各部的结构的俯视图。
图4是用于说明光瞳放大功能的图。
图5是示出光瞳放大元件的概要结构的剖视图。
图6是用于说明视场角放大功能的图。
图7是用于说明第2实施方式的HMD的光瞳放大功能的图。
图8是示出变形例的图像生成部的结构的图。
图9是示出变形例的光瞳放大元件的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
另外，关于在以下的说明中所使用的附图，为了易于理解特征，方便起见，有时放大示出作为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。
本实施方式的图像显示装置是使用者佩戴在头上使用的头戴式显示器的一个示例。
在以下的说明中，将头戴式显示器(Head Mounted Display)简称为HMD。
图1是示出使用者佩戴本实施方式的HMD的状态的图。
图2是本实施方式的HMD的立体图。
如图1所示，本实施方式的HMD 300由使用者以戴眼镜的感觉佩戴于头部来使用。本实施方式的HMD 300是透明(see through)式(透过式)HMD。根据本实施方式的HMD 300，使用者能够观察到由图像显示部生成的图像，并且，能够观察到HMD 300外部的景色等外界的像。
如图2所示，HMD 300具有：显示装置100，其具有类似于眼镜的形状；和控制装置(控制器)200，其具有可供使用者手持的程度的大小。显示装置100与控制装置200之间以可通过有线或无线进行通信的方式连接。在本实施方式中，构成显示装置100的左眼用图像显示部110A和右眼用图像显示部110B各自与控制装置200以可通过线缆150有线地进行通信的方式连接起来，用于对图像信号及控制信号进行通信。
显示装置100具有主框架(装置主体)120、左眼用图像显示部110A以及右眼用图像显示部110B。控制装置200具有显示部210和操作按钮部250。显示部210例如显示要传达给使用者的各种信息、指示等。主框架120具有用于供使用者挂在耳朵上的一对镜脚部122A、122B。主框架120是支承左眼用图像显示部110A和右眼用图像显示部110B的部件。
图3是示出显示装置100的各部的结构的俯视图。而且，图3示出从头上观察佩戴显示装置100的使用者时的状态。
右眼用图像显示部110B和左眼用图像显示部110A具有相同的结构，双方的图像显示部内的各构成要素配置成左右对称。因此，以下，将右眼用图像显示部110B简称为图像显示部110而进行详细说明，省略左眼用图像显示部110A的说明。
如图3所示，图像显示部110具有图像生成部11、光瞳放大元件12、第1聚光光学***13、以及第2聚光光学***14。图像生成部11射出包含图像信息的光。光瞳放大元件12放大从后述的光扫描器件17射出的光的束径。
图像生成部11具有光源光学***15、反射镜16以及光扫描器件17。光源光学***15射出由内部的半导体激光器生成的光。反射镜16对从光源光学***15射出的光进行反射，使光的光路折回。光扫描器件17对在反射镜16上反射后的光进行扫描。
光源光学***15具有光源部25、拾取透镜26、光纤27、以及准直透镜28。光源部25例如具有包含射出红色光的半导体激光器、射出绿色光的半导体激光器、以及射出蓝色光的半导体激光器在内的多个固体光源(省略图示)。根据图像信号对从各半导体激光器射出的各色光进行调制，对调制后的各色光进行合成，作为图像光从光源部25射出。拾取透镜26将从光源部25射出的光传递至后级的光纤27。光纤27将从光源部25经过拾取透镜26入射的光引导至后级的光学***。准直透镜28对从光纤27入射的光进行平行化。
从光源光学***15射出的光在反射镜16上进行反射而使光路折回，从而被引导至光扫描器件17。光扫描器件17例如具有MEMS反射镜(省略图示)。光扫描器件17与光源光学***15的调制动作对应地改变MEMS反射镜的姿态，对光进行二维扫描。这样，光扫描器件17射出包含图像信息的图像光。
另外，近年来，对于头戴式显示器要求进一步放大视场角的广角化。此外，由于头戴式显示器在佩戴于观察者的头部的状态下使用，因此，对于头戴式显示器要求进一步小型化。
本实施方式的HMD 300通过使用具有MEMS反射镜的光扫描器件17生成图像光，从而实现装置结构的小型化。MEMS反射镜的性能由反射镜的直径和反射镜的摆角决定，处于如果增大反射镜的直径则摆角减少的此消彼长的关系。另一方面，如果为了实现高分辨率化而过于缩小反射镜直径，则由于衍射现象会导致分辨感降低，因此，不能过分缩小反射镜直径而使摆角增大。取得反射镜的直径与反射镜的摆角的平衡的设计值一般为：反射镜直径为1mm，摆角为光线角度的半视场角即10度左右。
本实施方式的光扫描器件17采用直径为1mm、摆角为半视场角即10度的MEMS反射镜。
如果考虑到观察者的眼瞳的瞳孔的大小以及眼球的运动、眼睛宽度的个体差异等，则可以认为出瞳的大小一般需要在6～8mm左右。
在本实施方式的HMD 300中，由于MEMS反射镜的直径为1mm，因此，利用光瞳放大元件12将来自MEMS反射镜的光放大至6mm以上。
在此，在头戴式显示器中，在MEMS反射镜的半视场角10度的情况下，在2.5m前方相当于大约40英寸、纵横比16：9的虚像尺寸。因此，为了实现视场角更宽的高视场角化，需要利用光学***增加(扩大)视场角。然而，视场角与出瞳的大小之间存在相反的关系，例如，如果扩大视场角，则出瞳的大小变小。
对此，本实施方式的HMD 300通过采用后述的结构，能够同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能。
在此，对本实施方式的HMD 300的光瞳放大功能进行说明。以下，对包含主框架120(即，图像生成部11和光瞳放大元件12)和观察者M的眼睛的面内(图3所示的面内)的光瞳放大功能进行说明。
图4是用于说明光瞳放大功能的图。另外，图4仅示出图像(虚像)的中央的光束。此外，在图4中，为了易于观察附图，将第1聚光光学***13示为1个透镜。
在此，在图4中，设MEMS反射镜18的光射出部(相当于射出图像光的出口)即第1图像光H1的大小为R1、光瞳放大元件12的光射出部(相当于射出放大后的图像光的出口)即第2图像光H2的大小为R2，入射到观察者M的眼瞳时的图像光中包含的光束的直径、即出瞳H的大小为R3。
如图4所示，从光源光学***15射出的光由准直透镜28进行平行化而成为平行光。平行化后的光的角度被光扫描器件17的MEMS反射镜18转换，由此构成图像光。由MEMS反射镜18转换角度后的图像光入射到光瞳放大元件12中。
图5是示出光瞳放大元件12的概要结构的剖视图。
如图5所示，光瞳放大元件12具有多个平行平面板(导光体)24a和多个半反射镜24b。多个平行平面板24a隔着半反射镜24b进行接合。光瞳放大元件12被切割成一对端面相对于平行平面板24a的厚度方向倾斜，该端面分别构成供来自光扫描器件17的图像光入射的光入射端面12a和将图像光放大后射出的光射出端面12b。这样，光瞳放大元件12的水平截面形状形成为梯形。
在光瞳放大元件12中，从光入射端面12a入射的图像光在多个半反射镜24b上反复进行透射和反射后，从光射出端面12b射出。从光射出端面12b射出的图像光的宽度相对于入射到光入射端面12a的图像光的宽度被放大。此外，朝向光入射端面12a的图像光的入射角度与来自光射出端面12b的图像光的射出角度一致。
因此，例如，与光入射端面12a垂直地入射的图像光从光射出端面12b垂直地射出，相对于光入射端面12a以规定的入射角度入射的图像光从光射出端面12b以与入射角度相等的射出角度射出。由此，在图3中，当图像光透过光瞳放大元件12时，光路朝向梯形的短边侧弯曲。
返回图3，第1聚光光学***13是至少包含正屈光力和负屈光力的光学***，整体具有正屈光力。在本实施方式中，第1聚光光学***13从光入射侧起依次具有第1透镜21、第2透镜22、以及第3透镜23。另外，在本实施方式中，第1聚光光学***13由第1透镜21、第2透镜22和第3透镜23这三个透镜构成，但是，校正透镜的个数并不特别限定。
如图4所示，根据这样的结构，第1聚光光学***13整体具有正屈光力，因此，使从光瞳放大元件12射出的光进行会聚，在第2聚光光学***14的近前处形成中间像GM。
第2聚光光学***14使来自中间像的光进行会聚，在观察者M的眼睛ME的瞳孔附近形成出瞳H，使外光的一部分透过。第2聚光光学***14由半反射镜(凹面镜)构成，该半反射镜在至少包含主框架120(参照图3)和观察者M的眼睛ME的面内具有正屈光力。
光瞳放大元件12放大后的图像光被第1聚光光学***13会聚而在第2聚光光学***14的近前处形成中间像GM，然后被第2聚光光学***14反射，由此在观察者M的眼睛ME的瞳孔附近形成出瞳H。第2聚光光学***14通过使来自中间像GM的光进行会聚，使其恢复为大致平行光，因此，观察者M能够在远处观察到虚像G1。
接着，对本实施方式的HMD 300的视场角放大功能进行说明。以下，对包含主框架120和观察者M的眼睛的面内(图3所示的面内)的光瞳放大功能进行说明。
图6是用于说明视场角放大功能的图。另外，图6仅示出图像(虚像)的中央和两端的中心光线。此外，在图6中，为了易于观察附图，将第1聚光光学***13示为1个透镜。
如图6所示，MEMS反射镜18通过旋转而使第1图像光H1相对于光瞳放大元件12以±10度的角度θ1入射。在此，光瞳放大元件12不进行第1图像光H1的角度转换。因此，光瞳放大元件12中的放大后的第2图像光H2的最大射出角度θ2同样为±10度。
在本实施方式中，第1聚光光学***13和第2聚光光学***14构成无焦光学***AF。无焦光学***AF的角放大率B被规定为图5所示的第1聚光光学***13的实质上的焦距F1除以第2聚光光学***14的焦距F2而得到的值。或者，也可以利用图6所示的、第1图像光H1的最大射出角度θ2与虚像G1的最大视场角θ3之比来规定角放大率B。
虚像G1的最大视场角θ3是第2图像光H2的最大射出角度θ2乘以角放大率B而得到的值。因此，为了得到视场角放大功能，需要将角放大率B设定得大于1。
在本实施方式中，设角放大率B的下限值为1.1。在设角放大率B为1.1以上的情况下，例如能够将40英寸的视场角放大至44英寸左右以上的视场角。
另一方面，伴随着角放大率B的放大，第2图像光H2的大小R2也放大。因此，如果角放大率B超出必要程度地增大，则可能光瞳放大元件12也大型化、包含光瞳放大元件12的装置整体大型化。
例如，在设角放大率B为3.0倍的情况下，为了确保6.0mm的出瞳H，必须使第2图像光H2的大小R2形成为18mm。为了达到此目的，需要将光瞳放大元件12的光瞳放大率设为18倍，从而导致光瞳放大元件12非常大型化。此外，需要使第1聚光光学***13大于18mm，导致HMD 300大型化。
根据以上的情况，在装置小型化的基础上能够实现视场角放大的角放大率B存在上限。
实质上，第2图像光H2(相当于光瞳放大元件12的出口)的大小R2优选为10mm左右。即，如果第1图像光H1(相当于MEMS反射镜18的出口)的大小R1为1mm，则光瞳放大元件12的光瞳放大率为10倍。
在此，以如下方式对光瞳放大元件12的光瞳放大率进行设定：使第2图像光H2的大小R2成为规定的出瞳H的大小(6mm)乘以角放大率B而得到的大小以上。
因此，在设第2图像光H2的大小R2为10mm左右的情况下，只要将角放大率B的上限设为1.7倍以下即可。
另外，在装置结构的小型化的基础上，实质上的第2图像光H2的大小R2的上限为15mm左右。该情况下，光瞳放大元件12的光瞳放大率为15倍，只要将角放大率B的上限设定为2.5以下即可。
鉴于这样的背景，在本实施方式中，将无焦光学***AF的角放大率B设定为1以上且2.5以下，更优选设定为1.1以上且1.7以下。
以下，以设角放大率为1.5倍的情况为例进行说明。该情况下，虚像G1的最大视场角θ3为第2图像光H2的最大射出角度θ2乘以角放大率B而得到的±15度。即，虚像G1的最大视场角θ3大于图像生成部11的第1图像光H1的最大射出角度θ2。
即，在设角放大率B为1.0倍的情况下(保持最大射出角度θ2(±10度)而不变化的情况下)，在2.5m前方仅能够得到大约40英寸、纵横比16：9的虚像尺寸，但是，如果设角放大率B为1.5倍，则在2.5m前方能够得到大约60英寸、纵横比16：9的虚像尺寸。
即，根据本实施方式的HMD 300，能够获得对虚像G1的视场角进行放大的视场角放大功能。按照角放大率B(1.5倍)的倒数(1/角放大率B)的比率，缩小第2图像光H2的大小R2。因此，在观察者M的瞳孔的位置处，第2图像光H2成为6.6mm左右。由此，即使考虑到由实际的无焦光学***AF的像差产生的影响，也能够将出瞳H的大小R3确保在6mm左右。
如以上叙述的那样，在本实施方式的HMD 300中，具有无焦光学***AF，该无焦光学***AF的角放大率B设为1以上且2.5以下(更优选的是，1.1以上且1.7以下)，并且，第2图像光H2的大小R2大于出瞳H的大小R3。具体而言，在本实施方式中，第1图像光H1的大小R1为1mm(相当于MEMS反射镜18的直径)，第2图像光H2的大小R2为10mm，出瞳H的大小R3为6mm以上。此外，第1图像光H1的最大射出角度θ2为±10度，虚像G1的最大视场角θ3为±15度。
根据本实施方式的HMD 300，考虑到由于扩大虚像G1的视场角而缩小的量来设定出瞳H的大小。因此，即使瞳径由于扩大虚像G1的视场角而缩小，也能够得到规定尺寸(6mm以上)的出瞳H。
此外，在本实施方式中，由于规定了角放大率B的上限，因此，能够在不使光瞳放大元件12大型化的情况下，使装置整体小型化。
因此，能够提供可同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能并实现了小型化的HMD 300。
(第2实施方式)
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式与第1实施方式的不同之处在于第2聚光光学***的结构，除此以外的结构是相同的，因此，对相同的结构标记相同的标号，省略其详细的说明。
图7是用于说明本实施方式的HMD 301的光瞳放大功能的图。另外，图7仅示出图像(虚像)的中央的光束。在图7中，为了易于观察附图，将第1聚光光学***13示为1个透镜。
在本实施方式中，第2聚光光学***114由反射型全息元件构成，该反射型全息元件在至少包含主框架120(参照图3)和观察者M的眼睛的面内具有正屈光力。
第2聚光光学***114具有体积全息元件(volume hologram)，可以根据体积全息图案的变更来任意地调节光的入射角和反射角。
第2聚光光学***114使光的入射角度与反射角度不同，由此，放大被反射后的光束的截面。由此，第2聚光光学***114具有如下的光瞳放大功能：在对来自中间像的光进行了反射时，与通过第1实施方式的第2聚光光学***14进行反射的情况相比，使第2图像光H2变大。
在本实施方式中，在得到与第1实施方式相同的出瞳H的大小R3(6mm)时，能够与基于全息元件的光瞳放大效果相对应地使第2图像光H2的大小R2缩小8mm左右。由此，能够使光瞳放大元件12以及第1聚光光学***13与第2图像光H2变小的量相对应地小型化，因此，能够使装置整体小型化。
此外，根据本实施方式，只要将第2图像光H2的大小R2确保为原来的大小(10mm)，即使增大角放大率B，也能够利用全息元件的光瞳放大效果得到足够大小的出瞳H。由此，能够实现虚像G1的进一步高视场角化。
或者，如果不使第2图像光H2的大小R2和角放大率B发生变化，则能够与全息元件的光瞳放大效果相对应地使出瞳H变得更大，因此，能够提供可针对多种眼睛的大小的人们改善可视性的、通用性优异的HMD 301。
另外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内添加各种变更。
例如，在上述实施方式中，举出了将光扫描器件17用作图像生成部11的情况的示例，但是，图像生成部的结构不限于此。例如，如图8所示，也可以将具有显示面板(电光学装置)112和准直透镜113的部件用作图像生成部111。
显示面板112包含背光源112a和光调制元件112b。背光源112a例如由红色、绿色和蓝色等各个发光色的光源的集合构成。例如，各个光源可以使用发光二极管(LED：LightEmitting Diode)及激光光源等。例如，光调制元件112b可以使用作为显示元件的液晶显示器件等。另外，显示面板112还可以采用有机电致发光显示装置(有机EL装置)等。
准直透镜113例如由对所输入的图像光进行投影的投影透镜组构成，准直透镜113对从显示面板112的光调制元件射出的第1图像光L进行投影，使其成为平行状态的光束。经由准直透镜113的第1图像光L含有不同的角度成分。
此外，在上述实施方式中，作为光瞳放大元件12，举出了通过将多个平行平面板24a和多个半反射镜24b层叠而成的结构的示例，但是，本发明不限于此。例如，也可以使用包含多个衍射元件的光学元件形成光瞳放大元件。
例如，如图9所示，也可以使用包含第1光学元件213和第2光学元件214的光瞳放大元件212。
第1光学元件213包含配置于光入射面侧213a侧的入射侧衍射部(衍射元件)215以及配置于光射出面侧213b侧的射出侧衍射部(衍射元件)216。入射侧衍射部215和射出侧衍射部216具有由多个直线状的光栅排列而构成的光栅图案215a、216a。
第2光学元件214包含配置于光入射面侧214a侧的入射侧衍射部217以及配置于光射出面侧214b侧的射出侧衍射部218。入射侧衍射部217和射出侧衍射部218具有由多个直线状的光栅排列而构成的光栅图案217a、218a。
如图9所示，入射到第1光学元件213中的光L1的光束在入射侧衍射部215中发生衍射而增加至三个，从射出侧衍射部216射出而入射到第2光学元件214。入射到第2光学元件214的各个光L1的光束同样地在入射侧衍射部217中发生衍射而增加至三个后，从射出侧衍射部218射出。这样，根据光瞳放大元件212，可以通过使光反复发生衍射来放大光的截面积，生成第2图像光。
例如，在上述实施方式中，对在包含主框架120(参照图3)和观察者M的眼睛的面内同时实现光瞳放大功能和视场角放大功能的情况进行了说明，但是，本发明不限于此。本发明还能够应用于在与包含主框架120以及观察者M的眼睛的面垂直的面(与图3的纸面垂直的面)内实现光瞳放大功能和视场角放大功能的情况。
标号说明
M：观察者；ME：眼睛；G1：虚像；H：出瞳；H1：第1图像光；H2：第2图像光；L：第1图像光；B：角放大率；MG：中间像；F1，F2：焦距；11，111：图像生成部；12，212：光瞳放大元件；13：第1聚光光学***；14，114：第2聚光光学***；17：光扫描器件，24a：平行平板(导光部件)；24b：半反射镜(半反射镜层)；25：光源部；112：显示面板(电光学装置)；113：准直透镜；120：主框架(装置主体)；213：第1光学元件；214：第2光学元件；215，217：入射侧衍射部(衍射元件)；216，218：射出侧衍射部(衍射元件)；300：HMD(图像显示装置)。

Claims (12)

1.一种图像显示装置，其特征在于，其具有：
图像生成部，其射出第1图像光；
光瞳放大元件，其放大来自所述图像生成部的所述第1图像光中包含的光束的直径而形成第2图像光；
第1聚光光学***，其对所述第2图像光进行会聚而形成中间像；以及
第2聚光光学***，其对来自所述中间像的光进行会聚而在观察者的眼睛中生成虚像，
在至少包含所述图像生成部、所述光瞳放大元件和所述观察者的眼睛的面内，
所述第1图像光的最大射出角度小于所述虚像的最大视场角，
所述第2图像光中包含的光束的直径大于所述虚像中包含的光束的直径。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
由相对于所述第1图像光的最大射出角度的、所述虚像的最大视场角规定的角放大率为1以上且2.5以下。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述第1聚光光学***的实质上的焦距除以所述第2聚光光学***的实质上的焦距而得到的角放大率为1以上且2.5以下。
4.根据权利要求2或3所述的图像显示装置，其特征在于，
所述角放大率为1.1以上且1.7以下。
5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述光瞳放大元件的放大率被设定成，所述第2图像光中包含的光束的直径为所述虚像中包含的光束的直径乘以所述角放大率而得到的大小以上。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述图像生成部是通过对从光源部射出的光进行扫描而形成所述第1图像光的光扫描器件。
7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述图像生成部具有电光学装置和准直透镜。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述光瞳放大元件是将多个导光部件隔着半反射镜层接合起来而形成的光学元件。
9.根据权利要求1～7中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述光瞳放大元件是包含衍射元件的光学元件。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述第1聚光光学***是至少包含正屈光力和负屈光力的光学***，整体具有正屈光力。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述第2聚光光学***是在至少包含所述图像生成部、所述光瞳放大元件和所述观察者的眼睛的面内具有正屈光力的凹面镜。
12.根据权利要求1～10中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述第2聚光光学***是在至少包含所述图像生成部、所述光瞳放大元件和所述观察者的眼睛的面内具有正屈光力的反射型全息元件。
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