头戴式显示器制造技术

本发明专利技术涉及一种安装于用户头部并在视场内显示影像的头戴式显示器。头戴式显示器(1)具备：显示部(121)，其生成所显示的影像；照明部(120)，其将照明光照射到显示部；投射部(122)，其投射来自显示部的影像光；以及导光部(23)，其将来自投射部的影像光传递至用户的瞳孔。在此，照明部(120)具有：光源部(140、141)；微透镜阵列(130)，其照射从光源部发射的光并成为虚拟二次光源；聚光光学部件(131)，其将来自微透镜阵列的光汇聚在显示部中；漫射板(150)，其使来自微透镜阵列的光漫射，漫射板配置于比微透镜阵列更接近聚光光学部件的位置。由此，使光学系统的高效和高亮度化与小型化并存，抑制伴随采用微透镜阵列的共轭图像的产生。

【技术实现步骤摘要】
头戴式显示器本申请要求于2018年12月21日提交的日本专利申请号JP2018-239754的优先权，并将其内容通过引用合并于本申请。
本专利技术涉及一种安装于用户头部并在视场内显示影像的头戴式显示器。
技术介绍
头戴式显示器(以下，简称为HMD)那样的可佩戴式设备不仅要求确保良好的视野、影像的可视性这种显示性能，还要求小型且安装性良好的结构。对此，在日本特开2014-174429号公报中公开了一种虚像显示装置，其为了使光学系统整体小型而具有使用棱镜形部件引导影像光来生成中间图像的结构。另外，在日本特表2003-536102号公报中公开了一种光学设备，其包括透射光的平面基板、用于通过内部反射整体将光耦合到基板中的光学单元、以及基板拥有的多个局部反射面，并具有局部反射面彼此平行并且不平行于基板的任何边缘的机构。
技术实现思路
HMD的光学系统具有：照明部，其将由光源部发出的光传递到显示部；以及投射部，其透射由显示部生成的影像光(虚像)。在明亮的室外等周围环境中使用HMD时，需要高亮度的光学系统。另外，在重视HMD的透视性而使用导光板的情况下，由导光板引起光学效率下降，因此要求更高亮度或高效率的光学系统。其结果是，存在光学系统大型化的问题。另外，为了提高光学系统的效率和亮度，将微透镜阵列使用于照明部较有效。对此，本案的专利技术人等专心进行研究而发现了以下现象：在将微透镜阵列采用于照明部的情况下，微透镜阵列的共轭图像还形成于投射透镜的发射瞳孔上。也就是说，在用户观察投射的影像时还在视觉上一并识别到该共轭图像，从而存在所显示的影像被遮挡而不易看得见这种问题。在上述日本特开2014-174429号公报、日本特表2003-536102号公报或其它先行技术中，在实现光学系统的高效率和高亮度以及小型化的两立基础上，丝毫没有考虑到伴随采用微透镜阵列而产生共轭图像的问题。本专利技术的目的在于，提供一种实现光学系统的高效率和高亮度以及小型化的两立并且抑制伴随采用微透镜阵列而产生共轭图像的头戴式显示器。本专利技术是一种安装于用户头部并在视场内显示影像的头戴式显示器，其特征在于，该头戴式显示器具备：显示部，其生成所显示的影像；照明部，其将照明光照射到显示部；投射部，其投射来自显示部的影像光；以及导光部，其将来自投射部的影像光传递至用户的瞳孔。在此，照明部具有：光源部，其发射光；微透镜阵列，其照射从光源部发射的光并成为虚拟二次光源；聚光光学部件，其将来自微透镜阵列的光汇聚在显示部中；以及漫射板，其将来自微透镜阵列的光漫射，漫射板被配置于比微透镜阵列更接近聚光光学部件的位置。根据本专利技术，实现小型且具有高亮度画面的头戴式显示器，并且抑制随着采用微透镜阵列产生共轭图像而能够提供可视性良好的虚像。附图说明通过说明与附图关联的以下的实施方式，能够更加明确本专利技术的目的、特征以及优点。图1是表示头戴式显示器(HMD)1的块结构例的图。图2是表示虚像影像生成部101的结构例的图。图3是表示HMD1的使用方式的图。图4是表示HMD1的安装性的图。图5是表示远心光学系统的概要的图。图6A是说明产生共轭图像的示意图。图6B是说明抑制产生共轭图像的方法的示意图。图7是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图(第一实施例)。图8是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图。图9是表示图8的变形例的图。图10是表示虚像影像生成部101的结构的一例的图(第二实施例)。图11是表示图10的变形例的图。图12是表示HMD1的使用例的图。图13是表示图1的变形例的图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。图1是表示头戴式显示器(HMD)1的块结构例的图。HMD1具有虚像影像生成部101、控制部102、图像信号处理部103、供电部104、存储部105、传感部106、通信部107、声音处理部108、拍摄部109以及输入输出部91～93。虚像影像生成部101将显示在显示部(微显示器)中的影像设为虚像而放大投射，在安装者(用户)的视野中显示增强现实(AR：AugmentedReality)、混合现实(MR：MixedReality)的影像。控制部102统一地控制HMD1整体。控制部102通过CPU(CentralProcessingUnit：中央处理器)等运算装置来实现其功能。图像信号处理部103对虚像影像生成部101内的显示部提供显示用影像信号。供电部104对HMD1的各部供电。存储部105存储HMD1的各部处理所需的信息、由HMD1的各部生成的信息。另外，在通过CPU实现控制部102的功能的情况下，存储由CPU执行的程序、数据。存储部105例如由RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)、快闪存储器、HDD(HardDiskDrive：硬盘驱动器)、SSD(SolidStateDrive：固态驱动器)等存储设备构成。传感部106经由作为连接器的输入输出部91与各种传感器相连接，根据由各种传感器检测出的信号，检测HMD1的姿势(即用户姿势)、活动、周围温度等。作为各种传感器，例如连接有倾斜传感器、加速度传感器、温度传感器、检测用户的位置信息的GPS(GlobalPositioningSystem：全球定位系统)传感器等。通信部107经由作为连接器的输入输出部92，通过近距离无线通信、远距离无线通信或有线通信与外部信息处理装置进行通信。具体地说，通过Bluetooth(注册商标)、Wi-Fi(注册商标)、移动通信网络、通用串行总线(USB、注册商标)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标))等进行通信。声音处理部108经由作为连接器的输入输出部93与麦克风、耳麦、扬声器等声音输入输出装置相连接，进行声音信号的输入或输出。拍摄部109例如为小型照相机、小型TOF传感器，拍摄HMD1的用户的视野方向。图2是表示虚像影像生成部101的结构例的图。虚像影像生成部101由照明部120、显示部121、投射部122以及导光部123构成。照明部120将来自LED、激光器等光源的光照射到显示部121。显示部121为用于显示影像的微显示器，使用液晶显示器、数字微镜设备、有机EL显示器等。投射部122将显示部121的影像光放大并投射为虚像。导光部123将来自投射部122的影像光传递至用户的瞳孔20。影像光在瞳孔20中成像，由此用户能够视觉识别影像。图3是表示HMD1的使用方式的图。在此，示出从用户2的头上方向向下看的状态，X轴为水平方向、Y轴为垂直方向、Z轴为视轴方向。在以后的图中同样地定义X、Y、Z轴的方向。HMD1安装于用户2的头部，将由虚像影像生成部101生成的影像经由导光部123传播至用户的瞳孔20。此时，用户2在视场内的局部区域(影像显示区域)111内在外界能够视觉识别的状态(透视型)下能够视觉识别影像(虚像)。在此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴式显示器，其安装于用户头部并在视场内显示影像，其特征在于，/n显示部，其生成要显示的影像；/n照明部，其将照明光照射到上述显示部；/n投射部，其投射来自上述显示部的影像光；以及/n导光部，其将来自上述投射部的影像光传递至用户的瞳孔，/n上述照明部具有：/n光源部，其发射光；/n微透镜阵列，其照射从上述光源部发射的光并成为虚拟二次光源；/n聚光光学部件，其将来自上述微透镜阵列的光汇聚在上述显示部中；以及/n漫射板，其将来自上述微透镜阵列的光漫射，/n上述漫射板配置于比上述微透镜阵列更接近上述聚光光学部件的位置。/n

【技术特征摘要】
20181221 JP 2018-2397541.一种头戴式显示器，其安装于用户头部并在视场内显示影像，其特征在于，
显示部，其生成要显示的影像；
照明部，其将照明光照射到上述显示部；
投射部，其投射来自上述显示部的影像光；以及
导光部，其将来自上述投射部的影像光传递至用户的瞳孔，
上述照明部具有：
光源部，其发射光；
微透镜阵列，其照射从上述光源部发射的光并成为虚拟二次光源；
聚光光学部件，其将来自上述微透镜阵列的光汇聚在上述显示部中；以及
漫射板，其将来自上述微透镜阵列的光漫射，
上述漫射板配置于比上述微透镜阵列更接近上述聚光光学部件的位置。


2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件为单个聚光透镜，
从上述微透镜阵列至上述聚光透镜为止的第一距离以及从上述聚光透镜至上述显示部为止的第二距离大致相等。


3.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件由两个聚光透镜构成，
配置在接近上述微透镜阵列一侧的第一聚光透镜为凹凸透镜，
配置在接近上述显示部一侧的第二聚光透镜为双凸透镜，
上述漫射板配置在比上述第一聚光透镜更接近第二聚光透镜的位置。


4.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件为凹面反射镜。


5.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
上述聚光光学部件的焦点距离为8mm～14mm的范围。


6.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
在上述漫射板上粘贴仅使预定方向的线性偏振光透射的偏振滤光片而一体化，
一体化的上述漫射板和上述偏振滤光片被配置成上述漫射板处于上述微透镜阵列侧、上述偏振滤光片处于上述显示部侧。


7.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，
将上述聚光光学部件的表面设为磨砂状表面，由此使上述漫射板与上述聚光光学部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村俊辉，鹈饲龙志，久野拓马，毛利考宏，杉田雅孝，
申请(专利权)人：日立乐金光科技株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP