CN109507801A - 虚像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供虚像显示装置，该虚像显示装置具有宽视角且小型，能够使观察者看到高品质的影像。通过在光路中设置半反射镜(21)而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且利用半透过型偏振板(23)来提高影像光(GL)在沿着观察者的眼睛的排列方向的方向上的透过率，从而在该方向上抑制图像的中心侧和周边侧的亮度不均，使观察者看到高品质的影像。

Description

虚像显示装置
技术领域
本发明涉及虚像显示装置，该虚像显示装置佩戴于头部而向观察者提示由影像元件等形成的影像。
背景技术
作为佩戴于观察者的头部的头戴显示器(head mounted display，以下，也称为HMD)等虚像显示装置(或头部搭载型显示装置)，公知有如下的虚像显示装置：该虚像显示装置为宽视野的闭合型(closed type)，通过设置利用了半反射镜的部分光学折返部而实现薄型且宽视角的光学***(参照专利文献1、2)。
但是，在HMD中，若想要实现薄型且宽视角的光学***，对光学***的负担增大，例如，有可能产生亮度不均等而使图像劣化。另外，关于图像的不均，在将与眼睛的排列方向平行的方向设为图像的水平方向、将与其垂直的方向设为垂直方向的情况下，人的眼睛在水平方向上比在垂直方向上更容易注意到颜色不均或亮度不均等。因此，需要进一步抑制水平方向的不均。
而且，有可能因利用了半反射镜的部分光学折返部等而产生重影光，从而使图像劣化。
专利文献1：日本特许第3295583号公报
专利文献2：日本特许第4408159号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供宽视角且小型的、能够使观察者看到高品质的影像的虚像显示装置。
本发明的第1虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；显示侧透镜，其使来自影像元件的影像光入射；观察者侧透镜，其设置在比显示侧透镜靠后的位置，对来自显示侧透镜的影像光进行会聚而向观察者的眼前侧射出；半反射镜，其设置在显示侧透镜的前方；以及半透过型偏振板，其设置在显示侧透镜与观察者侧透镜之间，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。
在上述虚像显示装置中，通过在光路中设置半反射镜而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且利用半透过型偏振板来提高影像光在沿着观察者的眼睛的排列方向的方向上的透过率，从而在该方向上抑制图像的中心侧和周边侧的亮度不均，使观察者看到高品质的影像。
在本发明的具体方面，还具有偏振转换部件，该偏振转换部件设置在半透过型偏振板的前方，对穿过的光的偏振状态进行转换。在该情况下，能够对想要入射到半透过型偏振板的成分的偏振状态进行转换。
在本发明的其他方面，偏振转换部件是1/4波长板，其设置在显示侧透镜与半透过型偏振板之间，将朝向半透过型偏振板的成分转换为线偏振光。在该情况下，通过对往返于显示侧透镜与半透过型偏振板之间的成分的偏振状态进行适当转换，能够抑制重影光的产生。
在本发明的另一方面，半透过型偏振板是反射型的线栅偏振板。在该情况下，能够根据影像光的偏振状态来高效地进行反射透过。
在本发明的另一方面，半反射镜从观察者侧观察时为凹曲面形状。在该情况下，能够进一步提高通过利用半反射镜的反射而实现薄型化的效果。
在本发明的另一方面，显示侧透镜和观察者侧透镜中的至少一方是取向双折射±0.01以下或光弹性常数10【10-12/Pa】以下的树脂透镜。在该情况下，能够通过抑制双折射的产生来抑制因材料导致的像差等，能够在维持光学性能的同时实现各透镜以及装置整体的轻量化以提高影像品质。另外，在本发明中，也将上述那样的树脂透镜称为零双折射性或低双折射性。
在本发明的另一方面，树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向上侧。在该情况下，能够抑制对树脂透镜中的残留应力较多的部位的可视性的影响。
在本发明的另一方面，树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向鼻侧。在该情况下，能够抑制对树脂透镜中的残留应力较多的部位的可视性的影响。另外，在该情况下，影像光的显示视野被设定为鼻侧的视野比其他视野小。
在本发明的另一方面，树脂透镜具有成型时的浇口侧为切割后的面的D形状。在该情况下，在成型时的浇口侧，将树脂透镜切割成了D形状的面被配置为在佩戴时朝向上侧或鼻侧。
在本发明的另一方面，使树脂透镜的浇口方向和半透过型偏振板的透过轴的方向对应而将半透过型偏振板和树脂透镜贴合。在该情况下，抑制对可视性的影响，并且对半透过型偏振板和树脂透镜进行一体地处理。
在本发明的另一方面，显示侧透镜和观察者侧透镜中的至少一方是玻璃透镜。在该情况下，能够通过抑制双折射的产生来维持光学性能。
在本发明的另一方面，显示侧透镜是折射率为1.55以上的折射透镜。在该情况下，能够使图像为充分宽的视角。
在本发明的另一方面，影像元件由自发光型的元件构成，使圆偏振光的影像光射出。在该情况下，能够通过影像元件使影像光在圆偏振光的状态下射出。
在本发明的另一方面，影像元件具有：偏振板，其使待射出的影像光成为线偏振光；以及1/4波长板，其使经过了该偏振板的成分为圆偏振光。在该情况下，能够利用1/4波长板使经过了偏振板的成分成为圆偏振光，通过该1/4波长板使影像光在圆偏振光的状态下射出。
在本发明的另一方面，还具有消色差透镜，该消色差透镜设置在显示侧透镜的前方。在该情况下，能够抑制颜色不均的产生。
在本发明的另一方面，还具有前级侧透镜，该前级侧透镜设置在紧接着影像元件的后级，将来自影像元件的影像光射出。在该情况下，能够通过设置前级侧透镜来实现充分的宽视角。
在本发明的另一方面，还具有圆偏振转换部件，该圆偏振转换部件设置在半透过型偏振板与观察者侧透镜之间，将从半透过型偏振板射出的影像光的偏振状态转换成圆偏振光。在该情况下，能够通过圆偏振转换部件将从半透过型偏振板射出的影像光的偏振状态转换成圆偏振光而朝向观察者侧透镜射出。
本发明的第2虚像显示装置具有：影像元件，其显示图像；透镜，其对来自影像元件的影像光进行会聚；半反射镜，其设置在透镜的前方；偏振转换部件，其设置在透镜的后方，对所穿过的光的偏振状态进行转换；以及半透过型偏振板，其设置在偏振转换部件的后方，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。
在上述虚像显示装置中，通过在光路中设置半反射镜而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且通过在半反射镜与半透过型偏振板之间设置偏振转换部件来适当切换往返于半反射镜与半透过型偏振板之间的成分的偏振状态，从而抑制重影光的产生，使观察者看到高品质的影像。
附图说明
图1是对第1实施方式的虚像显示装置及其影像光的光路进行概念性说明的图。
图2是用于说明菲涅尔反射量的曲线图。
图3是概念性地示出在佩戴了虚像显示装置的情况下从侧方观察时的情形的图。
图4是概念性地示出在佩戴了虚像显示装置的情况下从上方观察时的情形的图。
图5是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。
图6是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。
图7是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。
图8是用于说明与透镜的成型相关的另一例的图。
图9是对第2实施方式的虚像显示装置进行概念性说明的图。
图10是对第3实施方式的虚像显示装置进行概念性说明的图。
图11是对一个变形例的虚像显示装置进行概念性说明的图。
图12A是示出与透镜和光学部件的端面的形状相关的一个变形例的图。
图12B是示出与透镜和光学部件的端面的形状相关的一个变形例的图。
图13是用于说明与透镜端面相关的一个变形例的图。
图14是用于说明与透镜或影像元件的配置相关的一个变形例的图。
标号说明
A1：方向；A2：箭头；AX：光轴；CC：轮廓；CC0：轮廓；CL：聚光透镜；CS：透镜端面；D1：区域；DL：显示侧透镜；EY：眼睛；GL：影像光；GT：浇口；L1：第1透镜；L2：第2透镜；L3：第3透镜；L4：第4透镜；OL：观察者侧透镜；PL：成分光；PP：部件；PU：位置；Rp：曲线；Rs：曲线；S1：第1面；SS：部件；θ：入射角；10：图像显示装置；11：面板部；12：偏振板；13：波长板；20：放大光学***；21：半反射镜；22：偏振转换部件；23：半透过型偏振板；100：虚像显示装置；200：虚像显示装置；220：放大光学***；224：圆偏振转换部件；320：放大光学***。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
以下，参照图1等对本发明的第1实施方式的虚像显示装置进行详细地说明。
如图1所概念性示出的那样，本实施方式的虚像显示装置100是如下的虚像显示装置(即，头戴显示器(HMD))：该虚像显示装置100具有作为影像元件(图像显示部)的图像显示装置10和放大光学***20，并且能够使佩戴了虚像显示装置100的观察者或使用者看到基于虚像的图像光(影像光)。这里，图1示出了观察者佩戴了虚像显示装置100的情况下从上方观察时的情形，虚像显示装置100的光学***的光轴AX为Z方向。此外，将被认为是观察者的左右眼睛的排列方向的水平方向设为X方向。将与水平方向垂直的方向即对于观察者而言的上下方向设为垂直方向，在图1中为Y方向。
另外，图像显示装置10和放大光学***20是分别为了右眼用和左眼用而准备的左右一对的结构，因对称性这里进行了省略，仅示出左右中的一方(左眼用)。即，在图1中，+X侧为外侧(耳侧)，-X侧为内侧(鼻侧)。另外，左右一对中的仅一方即单独一方也作为虚像显示装置发挥功能。而且，也可以是非左右一对的结构而以单眼用的方式构成虚像显示装置。
以下，对用于使虚像显示装置100引导影像光的各部分的构造等的一例进行概念性说明。
图像显示装置10具有：作为进行图像形成的主要主体部分的面板部11；偏振板12，其提取线偏振光的成分；以及第一1/4波长板(λ/4板)13，其使经过偏振板12的成分成为圆偏振光而射出。
面板部11可以是例如由有机EL等自发光型的元件(OLED)构成的影像元件(影像显示元件)。并且，除了例如作为透过型的空间光调制装置的影像显示元件(影像元件)之外，还可以构成为具有向影像显示元件射出照明光的作为背光源的照明装置(未图示)和对动作进行控制的驱动控制部(未图示)。
偏振板12使来自面板部11的光中的待射出的影像光成为线偏振光。此外，第一1/4波长板13使经过偏振板12的成分成为圆偏振光。
通过以上那样的结构，图像显示装置10射出圆偏振光的影像光GL。
放大光学***20除了具有从观察者侧依次排列的4个第1透镜L1～第4透镜L4之外，还具有半反射镜21、偏振转换部件22以及半透过型偏振板23。另外，第1透镜L1～第4透镜L4由玻璃透镜、零双折射性树脂透镜或低双折射性树脂透镜(即，取向双折射±0.01以下或光弹性常数10[10-12/Pa]以下的树脂透镜)中的任一方构成，难以产生双折射。
第1透镜L1是放大光学***20中的配置在距离光瞳位置PU最近的位置的观察者侧透镜OL，其中，该光瞳位置PU被认为是观察者的眼睛EY的位置。即，作为观察者侧透镜OL的第1透镜L1是用于对影像光GL进行会聚而向观察者的眼前侧射出的凸透镜。
第2透镜L2是如下的透镜：该第2透镜L2在与第1透镜L1的相对关系中配置在前面(前级)即影像光GL的光路的上游侧，使来自图像显示装置10的影像光GL朝向第1透镜L1等的配置在后面(后级)即光路的下游侧的光学部件入射。这里，第2透镜L2相对于观察者侧透镜OL(第1透镜L1)也被称为显示侧透镜DL。第2透镜L2是作为例如折射率为1.55以上的折射透镜的凸透镜，以使得图像以充分的宽视角呈现。
第3透镜L3是设置于作为显示侧透镜DL的第2透镜L2前面的、适当调整了阿贝数(Abbe number)等的消色差透镜。第3透镜L3是与第2透镜L2接合地设置以作为消色差目的的透镜来发挥功能的凹透镜。尤其是，在此，第3透镜L3以将半反射镜21夹在中间的方式与第2透镜L2接合。
第4透镜L4是设置在紧接在图像显示装置10的后级的凸透镜，使来自图像显示装置10的影像光GL朝向配置在第3透镜L3以下的后方的光学部件射出。换言之，第4透镜L4是放大光学***20中的、配置在距离图像显示装置10最近的位置并对影像光GL的光路进行调整的前级侧透镜。通过引入第4透镜L4，能够进一步提高分辨率性能，并且能够缩小图像显示装置10的面板大小。因此，还能够抑制图像显示装置10的制作成本。并且，由于能够抑制从图像显示装置10射出的光线的远心角，所以抑制了因面板视角特性而产生亮度或色度的变化。
半反射镜21是使影像光的一部分透过并且将其他部分反射的半反射半透过膜，例如，由电介质多层膜等构成。如图所示，并且，如已述的那样，这里，半反射镜21形成在第2透镜L2与第3透镜L3之间，从观察者侧观察时为凹曲面形状。
偏振转换部件22是用于对所穿过的光的偏振状态进行转换的部件，这里，假设由1/4波长板(第二1/4波长板或第二λ/4板)构成。偏振转换部件22设置在显示侧透镜DL与半透过型偏振板23之间，对朝向半透过型偏振板23的成分等(在偏振转换部件22与半反射镜21之间往返的成分)的偏振状态进行转换。这里，将处于圆偏振光的状态的影像光GL转换为线偏振光，或者反之将处于线偏振光的状态的影像光GL转换为圆偏振光。
半透过型偏振板23是设置在显示侧透镜DL与观察者侧透镜OL之间的部件，这里，由反射型的线栅偏振板构成。尤其是，在本实施方式中，将作为线栅偏振板的半透过型偏振板23的偏振透射轴的方向A1设为被认为是眼睛的排列方向的水平方向(X方向)。另外，由反射型的线栅偏振板构成的半透过型偏振板23根据入射成分的偏振光状态来改变透过/反射的特性，因此有时也称为反射型偏振板。
以下，对影像光GL的光路进行概略说明。这里，如已述的那样，关于由线栅偏振板构成的半透过型偏振板(或反射型偏振板)23，将水平方向(X方向)设为偏振透射轴的方向。即，半透过型偏振板23具有使关于X方向的偏振成分透过并将与X方向垂直的成分反射的特性。并且，图中所示的影像光GL的光路在与XZ面平行的面内穿过。因此，在该图中，在规定了P偏振光和S偏振光时，入射面是与XZ面平行的面，边界面可理解为与XZ面垂直的面(与Y方向平行的面)。半透过型偏振板23使P偏振光透过而将S偏振光反射。
以上，首先，被图像显示装置10的面板部11调制并射出的影像光GL在被作为透过型波长板的偏振板12转换为P偏振光之后，通过第一1/4波长板13转换为圆偏振光而朝向放大光学***20射出。之后，影像光GL在放大光学***20中经由第4透镜L4入射到第3透镜L3，并到达在与第2透镜L2的边界面成膜的半反射镜21。影像光GL中的一部分成分穿过半反射镜21并被作为第二1/4波长板的偏振转换部件22转换为S偏振光而到达半透过型偏振板(或反射型偏振板)23。这里，作为S偏振光的影像光GL被半透过型偏振板23反射，再次被偏振转换部件22转换成圆偏振光而到达半反射镜21。半反射镜21使影像光GL中的一部分成分直接透过，对剩余的成分进行反射，被反射的影像光GL的成分这次被偏振转换部件22转换为P偏振光。成为P偏振光的影像光GL的成分穿过半透过型偏振板23到达第1透镜L1(观察者侧透镜OL)。影像光GL在穿过第1透镜L1之后到达被认为是观察者的眼睛EY所处的位置的光瞳位置PU。
如以上那样，在本实施方式中，通过在虚像显示装置100的光路中设置半反射镜21而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且通过在半反射镜21与半透过型偏振板23之间设置偏振转换部件22来适当转换往返于半反射镜21与半透过型偏振板23之间的成分的偏振状态，能够抑制重影光的产生，使观察者看到高品质的影像。
这里，如图所示，对于从面板部11的周边侧射出的影像光GL的成分即宽视角侧的光线，其入射到第1透镜L1的观察者侧的第1面S1时的入射角度例如变大为约35°～40°。在该情况下，根据从第1透镜L1射出的成分的偏振方向，受菲涅尔反射的影响较大而导致透过率不同，其结果是有可能产生影像的亮度不均。
作为一例，在图2中用曲线图示出了将透镜的折射率设为1.5、将空气中的折射率设为1的情况下的、以入射角θ从透镜向空气中射出时的菲涅尔反射量。具体而言，在图2中，将横轴设为入射角θ，将纵轴设为反射率(％)，示出了表示P偏振光的特性的曲线Rp和表示S偏振光的特性的曲线Rs。在图2的情况中，假设以θ＝40°的入射角从第1透镜L1入射到空气中时的P偏振方向的透过率和S偏振方向的透过率分别为90％(反射率10％)和60％(反射率40％)，产生了30％的透过率差。即，在入射角较大时，P偏振光比S偏振光更多地透过第1透镜L1。此外，根据偏振光的状态，有时透过率之差在入射角较大时(影像的周边侧)和入射角较小时(影像的中心侧)相差得较大。由于这个原因，有可能例如影像的中心侧与周边侧的亮度差所导致的亮度不均成为清晰可辨认的程度。
另一方面，作为人眼的特性，公知的是，对于水平方向(X方向、左右方向)比垂直方向(Y方向、上下方向)更容易注意到亮度不均等。因此，进一步抑制水平方向的不均很重要。更具体而言，首先，对人的视角进行说明，人的视角在水平方向上大约为200°，在垂直方向上大约为125°(下75°、上50°)。但是，其中，信息接受能力优异的有效视野是在水平方向上为30°，在垂直方向上为20°左右，视点被迅速稳定地看到的稳定视场在水平方向上为60°～90°，在垂直方向上为45°～70°。因此，人的视野在水平方向上比在垂直方向上宽，因此，很多显示器都是水平方向比垂直方向设定得大(通常为4：3或16：9)。当从该点考虑时，可想到的是：在水平方向上比在垂直方向上更容易注意到亮度不均等，需要进一步抑制水平方向的不均。
因此，在本实施方式中，构成为：在考虑到菲涅尔反射的影响这一特性的同时，考虑到上述人眼的特性，从而抑制影像的亮度不均，使观察者看到高品质的影像。
以下，参照图3和图4对虚像显示装置100的垂直方向和水平方向上的影像光GL的特性的不同进行说明。图3是在观察者佩戴了虚像显示装置100的状态下沿水平方向(X方向)观察的图(从侧方观察的图)。与此相对，图4是沿垂直方向(Y方向)观察的图(从上方观察的图)。即，图4是与图1对应的图。在该情况下，在图3中示出了影像光GL的、处于上侧视野的光线的成分，在图4中示出了影像光GL中的、处于外侧(左外侧)视野的光线的成分。
这里，在图3和图4中，关于穿过了半透过型偏振板23的成分(即，成分光PL)的相对于第1透镜L1的第1面S1的偏振方向的考虑方式不同。具体而言，首先，关于图4，如参照图1所述的那样，影像光GL的光路在与XZ面平行的面内穿过，在图4中，在规定P偏振光和S偏振光后，入射面是与XZ面平行的面，边界面可理解为与XZ面垂直的面(与Y方向平行的面)。因此，可认为半透过型偏振板23使P偏振光透过而将S偏振光反射，穿过了半透过型偏振板23的成分(即，成分光PL)在第1透镜L1的第1面S1上仍然被认为是P偏振光。
另一方面，关于图3，影像光GL的光路在与YZ面平行的面内穿过，在规定P偏振光和S偏振光后，入射面是与YZ面平行的面，边界面可认为是与YZ面垂直的面(与X方向平行的面)。简单来说，P偏振光和S偏振光的规定在图1和图4的情况下相互调换。因此，关于穿过了半透过型偏振板23的成分(即，成分光PL)，在第1透镜L1的第1面S1上被理解为S偏振光。
在该情况下，首先，在图3中，影像光GL中的、在上方(+Y侧)透过了半透过型偏振板23的沿着偏振透射轴的方向A1的成分光PL作为S偏振光入射到第1透镜L1的第1面S1，当将此时的入射角例如设为大约40°时，参照图2可知，大约30％的成分被反射而返回到透镜内部，剩余的70％从第1面S1射出而到达眼睛EY。
另一方面，在图4中，影像光GL中的、在外侧(+X侧)透过了半透过型偏振板23的沿着偏振透射轴的方向A1的成分光PL作为P偏振光入射到第1透镜L1的第1面S1，当将此时的入射角例如设为大约40°时，参照图2可知，大约10％的成分被反射而返回到透镜内部，剩余的90％从第1面S1射出而到达眼睛EY。
在上述情况下，显示出水平方向(X方向)的亮度不均较少的影像。
如以上那样，在本实施方式的虚像显示装置100中，通过在光路中设置半反射镜21而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且通过半透过型偏振板23来提高沿着观察者的眼睛的排列方向的方向A1上的影像光GL的透过率，在该方向上抑制了图像的中心侧和周边侧的亮度不均，能够使观察者看到高品质的影像。
以下，参照图5等对包含第1透镜L1等各透镜的成型在内的光学***的制造的一例进行说明。
如上所述，优选第1透镜L1等各透镜由玻璃透镜、零双折射性的树脂透镜或低双折射性的树脂透镜构成。这是因为在通常的光学***中，基于偏振方向的折射率受双折射的影响而不同，所以会给分辨率性能带来影响，但在偏振光学***中，也会给透过中的偏振状态带来影响。具体来说，双折射对透过偏振板等时的透过率影响较大，会产生较大的亮度不均。特别是在第2透镜L2中因折返而使影像光GL共计穿过3次，因此更需要应用双折射较小的材料。从抑制双折射的观点来看，如果上述部分使用玻璃，则可抑制影响，但在HMD中还存在装置轻量化的要求，从该观点来看，优选树脂制的透镜。因此，这里，对第2透镜L2等由树脂透镜构成的情况进行说明。另外，作为比较低的双折射树脂，列举出PMMA或ZEONEX，但作为更低的双折射树脂而被开发出来的树脂，例如是三菱瓦斯化学株式会社的Iupizeta EP-4000～6000。这里，将由这些材料构成的取向双折射为±0.01以下或光弹性常数10【10-12/Pa】以下的树脂透镜称为低双折射性的树脂透镜或零双折射性的树脂透镜。
图5、图6以及图7是用于说明与透镜的成型相关的一例的图。其中，图5是用于示出在佩戴产品时透镜成型时与浇口GT的朝向的关系的图，关于待加工成透镜L2等的部件PP，通过与示出了注塑成型后的情形的图6对应而了解其关系。即，图5和图6的箭头A2示出了浇口配置方向，在图5中，浇口配置方向处于观察者的上方(+Y侧)。换言之，成型时的浇口侧被配置成在佩戴时朝向上侧。
图6中用区域D1示出的树脂透镜成型时的浇口周边部由于成型时的流动的关系容易产生残留应力。因此，在使用虚像显示装置100时，透过了与区域D1对应的部位的影像光GL容易受到亮度不均等的影响。因此，根据人的视野在上侧较窄、在下侧较宽的普遍公知的特征，如上述那样将浇口侧的部分配置在上侧(+Y侧)，将不均的影响配置在更不容易看到的位置。由此，能够提高外观上的影像品质。此外，在本结构中，图6所示的圆形的透镜也可以进一步如图7所示，将其一部分切割而去除，成为D形状(D切割)的透镜。即，透镜也可以是非对称透镜。通过将浇口GT的部分配置在D切割的对象部位(即，在树脂透镜中，使成型时的浇口侧为切割后的面而成为D形状，将该面配置在对象部位)，容易将区域D1那样的部位去除，能够配置横截面积更大的浇口GT，从而提高成型性，使精度更高并且抑制流痕(flowmark)的产生。并且，在使透镜成型为圆形之后，可以进行机械切割。如以上那样，能够构成为通过对包含浇口GT的部分进行局部切割而尽量不使用残留应力较多的区域D1。
此外，也可以如上述那样将图6所示的待加工成树脂透镜的部件PP的浇口方向配置在竖直上方向GA(即，图5中的+Y方向)，与此相应地，将待加工成半透过型偏振板23(线栅偏振板)或偏振转换部件22(1/4波长板)的部件SS的朝向与待加工成透镜的部件PP对应地进行贴合。即，如果是半透过型偏振板23，则考虑以透过轴为水平、浇口方向与半透过型偏振板23的透过轴垂直(错开90°或大致90°)的方式进行贴合。通过将待加工成透镜的部件PP和待加工成半透过型偏振板23(线栅偏振板)的部件SS直接或经由其他部件贴合在一起，对它们进行一体地处理。
图8是用于说明与上述透镜的成型相关的另一例的图。这里，如图所示，将待加工成树脂透镜的部件PP配置成浇口配置方向在佩戴时为鼻侧。换言之，树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向鼻侧。此外，将待加工成半透过型偏振板23(线栅偏振板)的部件SS以透过轴为水平方向的方式与部件PP贴合。由于配置浇口GT，所以有可能因透镜鼻侧的残留应力而使鼻侧的影像光产生一些亮度不均。然而，人的鼻侧方向(内侧方向)的视野比耳侧方向(外侧方向)的视野小。因此，即使影像光的视角仅在鼻侧变小，也不会对整体视野造成较大影响。例如，也可以对显示出的影像进行显示校正，以使得在面板侧对相当于鼻侧的显示部进行局部切割，影像光的鼻侧部分被切割而被显示，也能够如本结构那样预先切割容易产生亮度不均的部分影像光。
在本结构中，浇口配置部与图7所示的情况同样，也可以进行D切割。
另外，通过进行局部切割，还可获得更容易轻量化或定位等效果。
此外，与上述同样，也可以使待加工成半透过型偏振板23(线栅偏振板)或偏振转换部件22(1/4波长板)的部件SS的朝向与待加工成透镜的部件PP对应而进行贴合。即，如果是半透过型偏振板23，则考虑以透过轴为水平、浇口方向与半透过型偏振板23的透过轴平行(相同方向)的方式进行贴合。
〔第2实施方式〕
以下，参照图9对第2实施方式的虚像显示装置进行说明。在本实施方式中，除了设置作为第三1/4波长板(λ/4板)的圆偏振转换部件之外，其他部分与第1实施方式的情况同样，所以省略了各部分的详细说明。
在本实施方式的虚像显示装置200中，放大光学***220在半透过型偏振板23与作为观察者侧透镜OL的第1透镜L1之间(即，线栅偏振板的射出侧)具有作为第三1/4波长板的圆偏振转换部件224。在该情况下，透过了半透过型偏振板23的成分(线偏振光)作为被圆偏振转换部件224转换成圆偏振光的成分光PL而射出，并向第1透镜L1(观察者侧透镜OL)入射。在该情况下，能够抑制在穿过第1透镜L1的第1面S1时因P/S偏振光导致的透过率差。
在本实施方式中，也通过在光路中设置半反射镜21而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并将影像光转换成圆偏振光而射出，由此，抑制因P/S偏振光导致的透过率差而抑制亮度不均，能够使观察者看到高品质的影像。
〔第3实施方式〕
以下，参照图10对第3实施方式的虚像显示装置进行说明。在本实施方式中，除了在放大光学***的结构中透镜为1个之外，其他部分与第1实施方式的情况同样，因此省略了各部分的详细的说明。放大光学***320具有1个聚光透镜CL、半反射镜21、偏振转换部件22以及半透过型偏振板23。另外，聚光透镜CL由玻璃透镜、零双折射性的树脂透镜或低双折射性的树脂透镜构成，难以发生双折射。
聚光透镜CL是在图像显示装置10侧具有凸面、在观察者侧具有平面的平凸透镜，是使来自作为影像元件的图像显示装置10的影像光会聚的透镜。聚光透镜CL在前级(光路上游侧)设置有半反射镜21，在后级(光路下游侧)设置有偏振转换部件22，并且在偏振转换部件22的后级(光路下游侧)还设置有半透过型偏振板23。这里，在聚光透镜CL的各面上粘贴有半反射镜21、偏振转换部件22以及半透过型偏振板23。
以上，首先，在图像显示装置10中，转换成圆偏振光而射出的影像光GL在放大光学***320中穿过半反射镜21，并被偏振转换部件22转换为S偏振光而到达半透过型偏振板23。这里，作为S偏振光的影像光GL被半透过型偏振板23反射，然后再次被偏振转换部件22转换成圆偏振光而到达半反射镜21。在半反射镜21中，影像光GL中的一部分成分直接透过，剩余成分被反射，反射后的影像光GL的成分这次被偏振转换部件22转换成P偏振光。成为P偏振光的影像光GL的成分穿过半透过型偏振板23而到达被认为是观察者的眼睛EY所处的位置的光瞳位置PU。
在本实施方式中，通过在虚像显示装置的光路中设置半反射镜而使光路弯折，实现了宽视角和小型化，并且通过在半反射镜与半透过型偏振板之间设置偏振转换部件来适当切换往返于半反射镜与半透过型偏振板之间的成分的偏振状态，从而能够抑制重影光的产生，使观察者看到高品质的影像。
〔其他〕
根据以上实施方式来说明本发明，但本发明并不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施。
在上述内容中，图像显示装置10例如由有机EL等自发光型的元件(OLED)构成，但在该情况下，如果采用例如射出圆偏振光的影像光的结构，则也可以如图11中作为一个变形例所示的那样，成为如下结构：在图像显示装置10中仅配置由自发光型的元件构成的面板部11，设置仅取出处于OLED的发光部的偏振光的结构，省略偏振板或1/4波长板。并且，作为面板部11，只要利用液晶面板来射出具有线偏振光的光，则不需要偏振板而仅配置1/4波长板即可。
并且，作为图像显示装置10，除了作为透过型液晶显示器件的HTPS(HighTemperature Poly-Silicon)之外，还可以使用上位以外的各种装置，例如，可以是使用了反射型液晶显示器件的结构，也可以代替由液晶显示器件等构成的影像显示元件而使用数字微镜器件(digital micromirror device)等。
并且，也可以通过在各透镜的透镜面上适当地设置抗反射涂层(AR coating)，进一步抑制重影光的产生等。
并且，除了仅看到图像光的所谓的闭合型(非透视(not see-through))虚像显示装置之外，还可以在使观察者能够透过看到或观察到外界图像的装置中采用本发明的技术，或者将本发明的技术与由显示器和摄像装置构成的所谓的视频透视(video see-through)的产品对应。
并且，在上述内容中，构成放大光学***的透镜个数存在各种情况。例如，在上述第1实施方式中，放大光学***20由4个透镜构成，但也可考虑使放大光学***20由相当于第1透镜L1和第2透镜L2的两个透镜构成。
并且，作为待加工成透镜L2等的部件的成型，以基于注塑成型(injection-molding)的树脂透镜的成型为一例来进行说明，但关于透镜的成型，也可以是基于其他方法的树脂透镜的模制透镜，并且，在玻璃制的情况下可考虑通过玻璃模制(glass-molding)来成型。
并且，在对透镜等的一部分进行切割(切除)的情况下，切割方向也可考虑各个方式。例如如图12A和图12B所概念性地示出的那样，在透镜或光学元件(例如构成放大光学***20的透镜LS或光学元件OP等)中被切割的切口状的部分处形成的端面(即，透镜端面CS)也可以是倾斜成从侧方来看在+Z方向朝下方向(-Y方向)下降，从上方来看在+Z方向朝左右方向(在图示的情况下为-X方向)变宽的形状或锥形形状。由此，例如能够成为沿着观察者的鼻子形状的形状。
并且，如图13所示，也可以使作为透镜端面CS的部分的部位为阶差状(即，具有阶差部分的形状)。通过成为这样的形状而能够用于定位阶差状的透镜端面CS。
并且，在上述例子中，关于透镜，将切割之前的圆形的部件的中心(圆的中心)设为光轴AX，图像显示装置10的中心位置也与作为切割前的圆形的中心的光轴AX对准而进行配置，但也可以以对原来的圆形进行切割而变形的情况为前提，使中心点向远离透镜端面CS的一侧偏移(shift)而设定。具体来说，也可以如在图14中示出一例的那样，使光轴AX的位置偏离用虚线示出的切割前的形状(圆形)的轮廓CC0的中心。即，用虚线示出的以光轴AX为中心的圆的轮廓CC也可以向远离透镜端面CS的一侧偏移，与轮廓CC0不是同心圆。此时，图像显示装置10的中心位置也可以与移位后的光轴AX对准。或者，也可以利用离轴的光学***等而设为同样的结构。
并且，在采用左右一对的结构时，考虑了根据作为左右眼睛之间的距离的瞳孔间距离的基准值(例如65mm)来进行配置。并且，也可以与此对应地设定进行切割的情况下的切割形状。

Claims (17)

1.一种虚像显示装置，该虚像显示装置具有：
影像元件，其显示图像；
显示侧透镜，其使来自所述影像元件的影像光入射；
观察者侧透镜，其设置在比所述显示侧透镜靠后的位置，对来自所述显示侧透镜的影像光进行会聚而向观察者的眼前侧射出；
半反射镜，其设置在所述显示侧透镜的前方；以及
半透过型偏振板，其设置在所述显示侧透镜与所述观察者侧透镜之间，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。
2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，
该虚像显示装置还具有偏振转换部件，该偏振转换部件设置在所述半透过型偏振板的前方，对穿过的光的偏振状态进行转换。
3.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其中，
所述偏振转换部件是1/4波长板，其设置在所述显示侧透镜与所述半透过型偏振板之间，将朝向所述半透过型偏振板的成分转换成线偏振光。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述半透过型偏振板是反射型的线栅偏振板。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述半反射镜从观察者侧观察时为凹曲面形状。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述显示侧透镜和所述观察者侧透镜中的至少一方是取向双折射±0.01以下或光弹性常数10【10-12/Pa】以下的树脂透镜。
7.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其中，
所述树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向上侧。
8.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其中，
所述树脂透镜被配置为成型时的浇口侧在佩戴时朝向鼻侧。
9.根据权利要求7和8中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述树脂透镜具有成型时的浇口侧为切割后的面的D形状。
10.根据权利要求6～9中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
使所述树脂透镜的浇口方向与所述半透过型偏振板的透过轴的方向对应而将所述半透过型偏振板和所述树脂透镜贴合。
11.根据权利要求1～5中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述显示侧透镜和所述观察者侧透镜中的至少一方是玻璃透镜。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述影像元件由自发光型的元件构成，射出圆偏振光的影像光。
13.根据权利要求1～12中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
所述影像元件具有：偏振板，其使待射出的影像光成为线偏振光；以及1/4波长板，其使经过了该偏振板的成分成为圆偏振光。
14.根据权利要求1～13中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
该虚像显示装置还具有消色差透镜，该消色差透镜设置在所述显示侧透镜的前方。
15.根据权利要求1～14中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
该虚像显示装置还具有前级侧透镜，该前级侧透镜设置在紧接着所述影像元件的后级，将来自所述影像元件的影像光射出。
16.根据权利要求1～15中的任意一项所述的虚像显示装置，其中，
该虚像显示装置还具有圆偏振转换部件，该圆偏振转换部件设置在所述半透过型偏振板与所述观察者侧透镜之间，将从所述半透过型偏振板射出的影像光的偏振状态转换成圆偏振光。
17.一种虚像显示装置，该虚像显示装置具有：
影像元件，其显示图像；
透镜，其对来自所述影像元件的影像光进行会聚；
半反射镜，其设置在所述透镜的前方，
偏振转换部件，其设置在所述透镜的后方，对所穿过的光的偏振状态进行转换；以及
半透过型偏振板，其设置在所述偏振转换部件的后方，使偏振透射轴的方向成为水平方向，该水平方向是眼睛的排列方向。
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