專利名稱：圖像顯示裝置和頭戴式顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來使觀察者能夠觀察由成像裝置形成的二維圖像的圖像顯示裝置， 以及頭戴式顯示器(HMD)，該頭戴式顯示器結(jié)合了該圖像顯示裝置并且包括將配戴在觀察 者頭部的眼鏡形狀的框架。
背景技術(shù)：
由日本專利文件JP-A-2006-162767公知一種虛擬圖像顯示裝置(圖像顯示裝 置)，其中虛擬圖像光學(xué)系統(tǒng)容許觀察者觀看由成像裝置形成的作為放大的虛擬圖像的二 維圖像。如概要圖1所示，圖像顯示裝置100包括成像裝置111，其具有以二維矩陣排布 的多個(gè)像素；準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)112，其用于準(zhǔn)直從成像裝置111的像素射出的光；和光學(xué)裝置 (導(dǎo)光裝置)120，被準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)112準(zhǔn)直過的光入射到光學(xué)裝置120上。入射光被引導(dǎo)并 從光學(xué)裝置射出。光學(xué)裝置120包括導(dǎo)光板121、第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130 (例如，單層反光膜) 和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140 (例如，具有多層層疊結(jié)構(gòu)的多層反光膜)。入射光在導(dǎo)光板121中以 全反射傳播，然后從導(dǎo)光板121射出。第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130對(duì)入射到導(dǎo)光板121上的光進(jìn)行 反射，以使入射到導(dǎo)光板121上的光在導(dǎo)光板121中被全反射，而第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140把在導(dǎo) 光板121中全反射傳播的光從導(dǎo)光板121射出。例如，如果頭戴式顯示器由這種圖像顯示 裝置100構(gòu)成，則可實(shí)現(xiàn)裝置的尺寸和重量上的減小。而且，由日本專利文件JP-A-2007-94175公知一種采用全息衍射光柵的虛擬圖像 顯示裝置(圖像顯示裝置)，其中虛擬圖像光學(xué)系統(tǒng)容許觀察者觀看由成像裝置形成的作 為放大的虛擬圖像的二維圖像。如概要圖6A和6B所示，圖像顯示裝置300基本包括成像裝置111，其用于顯示 圖像；準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)112 ；和光學(xué)裝置(導(dǎo)光裝置)320，被成像裝置111顯示的光入射到光 學(xué)裝置320上。入射光被引導(dǎo)至觀察者的眼睛41。這里，光學(xué)裝置320包括導(dǎo)光板321; 和設(shè)置在導(dǎo)光板321上的第一和第二衍射光柵構(gòu)件330和340。第一和第二衍射光柵構(gòu)件 330和340各由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成。從成像裝置111中的像素射出的光進(jìn)入準(zhǔn)直 光學(xué)系統(tǒng)112，在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)112中光被轉(zhuǎn)換成平行光，該平行光進(jìn)入導(dǎo)光板321。平行 光入射到導(dǎo)光板321上，并從導(dǎo)光板321的第一表面322射出。另一方面，第一和第二衍射 光柵構(gòu)件330和340安裝到導(dǎo)光板321的第二表面323，該第二表面323平行于導(dǎo)光板321 的第一表面322。由例如日本專利文件JP-A-2000-312319公知一種頭戴式顯示器，其采用姿態(tài)傳 感器(attitude sensor)檢測頭戴式顯示器傾斜離開水平平面的角度，并且通過圖像處理 或者控制驅(qū)動(dòng)裝置(例如電機(jī))始終水平地保持顯示圖像。通過使用具有這種機(jī)構(gòu)的頭戴 式顯示器，即使觀察者的頭部傾斜，也可讓觀察者觀察水平的圖像。同時(shí)，在日本未經(jīng)審查的專利申請公布文件2000-312319中所公開的技術(shù)，需要 旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如姿態(tài)傳感器和電機(jī)，因此存在例如整個(gè)頭戴式顯示器的重量增加、制造成本增加并且功率消耗增加等問題。并且，當(dāng)顯示圖像是通過圖像處理旋轉(zhuǎn)該顯示圖像而 得以水平地保持的時(shí)候，由于在這種處理中顯示圖像被旋轉(zhuǎn)，因此不僅需要一種具有大顯 示區(qū)域的成像裝置，而且字符等也被偏斜地顯示。因此，為了顯示漂亮的字符，需要增大成 像裝置的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，期望提供一種頭戴式顯示器，其容許即使配戴該頭戴式顯示器的觀察者的 頭部傾斜，觀察者仍可觀察水平地保持的圖像，而不引起重量增加、制造成本增加和功率消 耗增加，并且無需通過圖像處理旋轉(zhuǎn)顯示圖像；以及提供一種適用于該頭戴式顯示器的圖 像顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種圖像顯示裝置，包括(A)成像裝置；(B)光學(xué)系統(tǒng)，其將從成像裝置射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(C)光學(xué)裝置，被光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成平行光的光束進(jìn)入光學(xué)裝置中，在光學(xué)裝置中光 束被引導(dǎo)，然后光束從光學(xué)裝置射出；和(D)支撐構(gòu)件，其相對(duì)于光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐至少成像裝置。這里，由至少成像裝 置與支撐構(gòu)件構(gòu)成的組件的重心處于偏離支撐構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸的位置，并且至少成像裝 置受重力而相對(duì)于光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置被水平地保持。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，提供一種頭戴式顯示器，包括(a)框架，其形狀像眼 鏡，用于配戴在觀察者的頭部，和(b)圖像顯示裝置，其安裝到框架，并且圖像顯示裝置由 上述的本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的頭戴式顯示器，可包括 本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)圖像顯示裝置(單眼型)或者兩個(gè)圖像顯示裝置(雙眼型)。在光 學(xué)裝置與框架之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即，光學(xué)裝置相應(yīng)于框架靜止地布置。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，提供一種頭戴式顯示器，包括(a)框架，其形狀像眼鏡，用于戴在觀察者的頭部，和(b)成像裝置，其通過支撐構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到框架。這里，成像裝置與支撐構(gòu)件構(gòu) 成的組件的重心處于偏離支撐構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸的位置，并且成像裝置受重力而相對(duì)于框 架轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置被水平地保持。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器，可包括一 個(gè)圖像顯示裝置(單眼型)或者兩個(gè)圖像顯示裝置(雙眼型)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置中，或者在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的頭 戴式顯示器中的圖像顯示裝置中，由至少成像裝置與支撐構(gòu)件構(gòu)成的組件的重心處于偏離 支撐構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸的位置，并且至少成像裝置受重力而相對(duì)于光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成 像裝置被水平地保持。并且，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器中，成像裝置與支 撐構(gòu)件構(gòu)成的組件的重心處于偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸的位置，并且成像裝置受重力而相 對(duì)于框架轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置被水平地保持。因此，即使配戴頭戴式顯示器的觀察者的頭部 傾斜，觀察者仍可通過簡單的配置和結(jié)構(gòu)來觀察被水平地保持的圖像。并且，不會(huì)使重量增 力口、制造成本增加和功率消耗增加，也無需通過圖像處理旋轉(zhuǎn)顯示圖像，無需具有大顯示區(qū) 域的成像裝置，也無需增加成像裝置的分辨率。


圖1是實(shí)例1的圖像顯示裝置的概要圖。圖2A和2B是示意地顯示構(gòu)成實(shí)例1的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板中的光的傳播的視 圖和顯示導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)的概要圖。圖3是從上面看實(shí)例1的頭戴式顯示器的示意圖。圖4是從側(cè)面看實(shí)例1的頭戴式顯示器的示意圖。圖5是實(shí)例2的圖像顯示裝置的概要圖。圖6A和6B是實(shí)例3的圖像顯示裝置的概要圖。圖7是實(shí)例4的圖像顯示裝置的概要圖。圖8是顯示構(gòu)成實(shí)例5的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)的概要圖。圖9A和9B是示意地顯示構(gòu)成實(shí)例6的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板中的光的傳播的視 圖和顯示導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)的概要圖。圖10是從側(cè)面看實(shí)例6的頭戴式顯示器的示意圖。圖IlA和IlB是示意地顯示構(gòu)成實(shí)例7的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板中的光的傳播的 視圖和顯示導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)的概要圖。圖12是從側(cè)面看實(shí)例8的頭戴式顯示器的示意圖。圖13A和13B是示意圖，顯示即使配戴該實(shí)施例的頭戴式顯示器的觀察者的頭部 傾斜，觀察者仍可觀察水平保持的圖像。圖14A和14B是概要圖，顯示分別構(gòu)成實(shí)例1和實(shí)例5的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板 等的變型的布置狀態(tài)。圖15是從側(cè)面看實(shí)例1的頭戴式顯示器的一種形式的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，雖然對(duì)本發(fā)明將在實(shí)施例的基礎(chǔ)上參考附圖進(jìn)行說明，但是本發(fā)明不 限于這些實(shí)施例，并且這些實(shí)施例中的各種數(shù)值和材料為示意性的。說明將按以下順序給出。1.關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置和根據(jù)本發(fā)明的第一與第二實(shí)施例 的頭戴式顯示器的總體說明。2.實(shí)例1(根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置，和根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的 頭戴式顯示器)3.實(shí)例2 (實(shí)例1的變型)4.實(shí)例3 (實(shí)例1的另一變型)5.實(shí)例4 (實(shí)例1的又一變型)6.實(shí)例5 (實(shí)施例1至4的變型)
7.實(shí)例6 (實(shí)施例1至5的變型)8.實(shí)例7 (實(shí)例6的另一變型)9.實(shí)例8(根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器，及其它)關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置和根據(jù)本發(fā)明的第一與第二實(shí)施例的 頭戴式顯示器的總體說明
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置和根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的頭戴式顯 示器中的圖像顯示裝置(在下文中，這些一般簡單地稱為“根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯 示裝置”)中，圖像顯示裝置可進(jìn)行配置，以使支撐構(gòu)件相對(duì)于光學(xué)裝置和光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)地 支撐成像裝置。在這種配置中，圖像顯示裝置可如此實(shí)現(xiàn)支撐構(gòu)件包 括第一筒狀構(gòu)件、第 二筒狀構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置在第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件之間來使第一筒狀 構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，成像裝置布置在第一筒狀構(gòu)件中，光學(xué)系統(tǒng)布置在第二筒 狀構(gòu)件中，并且光學(xué)裝置安裝到第二筒狀構(gòu)件。成像裝置在第一筒狀構(gòu)件中的布置，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將成 像裝置安裝到第一筒狀構(gòu)件的內(nèi)表面來執(zhí)行。并且，光學(xué)裝置在第二筒狀構(gòu)件中的布置，可 通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將光學(xué)裝置安裝到第二筒狀構(gòu)件的內(nèi)表面來執(zhí)行。并 且，第二筒狀構(gòu)件到光學(xué)裝置的安裝，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將第二筒狀 構(gòu)件安裝到光學(xué)裝置來執(zhí)行。支撐構(gòu)件，更具體地，第二筒狀構(gòu)件可安裝到框架。此安裝也 可以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法來執(zhí)行。并且，支撐構(gòu)件，更具體地，第二筒狀構(gòu)件可固 定到框架(具體地，邊撐部分、前部、或者邊緣部分)，或者可拆離式地安裝到框架(具體地， 邊撐部分、前部、或者邊緣部分)?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置可進(jìn)行配置，以使支撐構(gòu)件相對(duì)于光 學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐成像裝置和光學(xué)系統(tǒng)。在這種配置中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示 裝置可如此實(shí)現(xiàn)支撐構(gòu)件包括第一筒狀構(gòu)件、第二筒狀構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置在 第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件之間來使第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，成像裝置 和光學(xué)系統(tǒng)布置在第一筒狀構(gòu)件中，光學(xué)裝置安裝到第二筒狀構(gòu)件。成像裝置和光學(xué)系統(tǒng)在第一筒狀構(gòu)件中的布置，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安 裝方法將成像裝置和光學(xué)系統(tǒng)安裝到第一筒狀構(gòu)件的內(nèi)表面來執(zhí)行。并且，第二筒狀構(gòu)件 到光學(xué)裝置的安裝，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將第二筒狀構(gòu)件安裝到光學(xué)裝 置來執(zhí)行。支撐構(gòu)件，更具體地，第二筒狀構(gòu)件可安裝到框架。此安裝也可以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu) 件或者安裝方法來執(zhí)行。并且，支撐構(gòu)件，更具體地，第二筒狀構(gòu)件可固定到框架(具體地， 邊撐部分、前部、或者邊緣部分)，或者可拆離式地安裝到框架(具體地，邊撐部分、前部、或 者邊緣部分)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置中，由至少成像裝置與支撐構(gòu)件構(gòu)成的組 件的重心偏離(偏心于)支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸的位置。具體地，成像裝置等可由支撐構(gòu)件支 撐，使組件的重心不位于支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸上。并且，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴 式顯示器中，成像裝置的重心偏離(偏心于)支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸的位置。具體地，成像裝 置可由支撐構(gòu)件支撐，使成像裝置的重心不位于支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸上。即，更具體地，根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置，可如此實(shí)現(xiàn)支撐構(gòu)件的重心與支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸 一致，成像裝置的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸；亦可如此實(shí)現(xiàn)成像裝置的重心與 支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸一致，支撐構(gòu)件的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸；亦可如此實(shí)現(xiàn) 成像裝置與支撐構(gòu)件構(gòu)成的整個(gè)組件的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸。進(jìn)一步，根據(jù) 本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器，可具體地如此實(shí)現(xiàn)支撐構(gòu)件的重心與支撐構(gòu)件的 中心轉(zhuǎn)軸一致，成像裝置的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸；亦可如此實(shí)現(xiàn)成像裝置 的重心與支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸一致，支撐構(gòu)件的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸；亦可如此實(shí)現(xiàn)成像裝置與支撐構(gòu)件構(gòu)成的整個(gè)組件的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置中，構(gòu)成支撐構(gòu)件的第一筒狀構(gòu)件和第二 筒狀構(gòu)件可由例如塑料或者金屬制成，并且第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件的尺寸(直徑和 長度)可考慮成像裝置、光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)裝置、整個(gè)頭戴式顯示器等的尺寸來確定。第一筒 狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件可經(jīng)由轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件而布置成嵌套狀。第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件 可布置成使第一筒狀構(gòu)件覆蓋第二筒狀構(gòu)件；并且第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件亦可布置 為使第二筒狀構(gòu)件覆蓋第一筒狀構(gòu)件。布置在第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)動(dòng) 構(gòu)件，可由例如球軸承、止推軸承、滾子軸承和滑動(dòng)軸承構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器中，支撐構(gòu)件可由第一筒狀構(gòu)件和第 二筒狀構(gòu)件構(gòu)成，第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件由例如塑料或者金屬制成，并且第一筒狀 構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件的尺寸(直徑和長度)可考慮成像裝置、整個(gè)頭戴式顯示器等的尺寸 來確定。與以上相似，第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件可通過在第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu) 件之間布置轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件來相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件可經(jīng)由轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置成嵌 套狀。第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件可布置成使第一筒狀構(gòu)件覆蓋第二筒狀構(gòu)件；并且第 一筒狀構(gòu)件和第二筒狀構(gòu)件亦可布置為使第二筒狀構(gòu)件覆蓋第一筒狀構(gòu)件。成像裝置可 布置在第一筒狀構(gòu)件中，并且成像裝置在第一筒狀構(gòu)件中的布置，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu) 件或者安裝方法將成像裝置安裝到第一筒狀構(gòu)件的內(nèi)表面來執(zhí)行。并且，成像裝置通過支 撐構(gòu)件安裝到框架以便對(duì)框架可轉(zhuǎn)動(dòng)。具體地，第二筒狀構(gòu)件可安裝到框架，更具體地，第 二筒狀構(gòu)件到框架的安裝，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將第二筒狀構(gòu)件安裝到 框架來執(zhí)行。支撐構(gòu)件可固定到框架(更具體地，邊撐部分、前部、或者邊緣部分)，和可以 可拆離式地安裝到框架(更具體地，邊撐部分、前部、或者邊緣部分)。為了阻止第一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件之間的過度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件可包括 適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)控制構(gòu)件(某種制動(dòng)器)，或者適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)控制構(gòu)件(某種制動(dòng)器)可布置在第 一筒狀構(gòu)件與第二筒狀構(gòu)件之間。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置中，從成像裝置的中心射出并穿過光學(xué)系 統(tǒng)在成像裝置一側(cè)的節(jié)點(diǎn)的中心光束在一點(diǎn)處進(jìn)入光學(xué)裝置，該點(diǎn)被定義為光學(xué)裝置中心 點(diǎn)。進(jìn)一步，穿過光學(xué)裝置中心點(diǎn)且平行于光學(xué)裝置的軸方向的軸，被定義為X軸；而穿過 光學(xué)裝置中心點(diǎn)且與光學(xué)裝置的法向軸一致的軸，被定義為Y軸。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置中，中心光束可配置為以除0度外的角度 (Θ)相交XY平面。由此，當(dāng)圖像顯示裝置安裝到眼鏡形狀的框架的安裝部分時(shí)，對(duì)圖像顯 示裝置的安裝角度幾乎沒有限制，從而可獲得設(shè)計(jì)上的高自由度。在這種情況下，從易于圖 像顯示裝置的操作、設(shè)置和安裝的觀點(diǎn)來看，中心光束優(yōu)選地包括在YZ平面內(nèi)。并且，光學(xué) 系統(tǒng)的光軸可配置為包括在YZ平面內(nèi)、并且以除0度外的角度相交XY平面，或者光學(xué)系統(tǒng) 的光學(xué)軸可配置為平行于YZ平面、平行于XY平面、并且穿過平移自成像裝置的中心的一個(gè) 位置。假定XY平面與水平平面一致，則中心光束與XY平面相交的角度θ可為仰角。艮口， 中心光束從XY平面下方朝向XY平面地入射在XY平面上。在這種情況下，優(yōu)選是XY平面 以除0度外的角度相交垂直平面，并且也優(yōu)選XY平面以角度θ相交垂直平面。另外，雖然 θ的最大值未限制，但最大值可為5度。這里，水平平面是這樣一個(gè)平面，它包括當(dāng)觀察者 觀看水平放置的物體(例如，水平方向、在無限遠(yuǎn)處的物體、地平線或者水平線)時(shí)的視線
8(“觀察者的水平視線”)，和包括處于水平位置的觀察者的雙眼。并且，垂直平面是垂直于 此水平平面的平面?；蛘?，當(dāng)觀察者觀看水平放置的物體(例如，水平方向、在無限遠(yuǎn)處的 物體、地平線或者水平線)時(shí)，從光學(xué)裝置射出并進(jìn)入觀察者的眼睛的中心光束可形成俯 角。例如，5度至45度可作為相應(yīng)于水平平面的俯角的例子。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例等包括上述的優(yōu)選配置和實(shí)施例的圖像顯示裝置中，光學(xué) 裝置包括(a)導(dǎo)光板，入射光在導(dǎo)光板中以全反射傳播后，從導(dǎo)光板射出；(b)第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件，其將入射到導(dǎo)光板上的光進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，以使入射到導(dǎo)光板上的光 在導(dǎo)光板中被全反射；和(c)第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件，其對(duì)導(dǎo)光板中以全反射傳播的光進(jìn)行多次偏轉(zhuǎn)，以便把在導(dǎo)光 板中以全反射傳播的光從導(dǎo)光板中射出。術(shù)語“全反射”是指在導(dǎo)光板中的全內(nèi)反射或全反射。這也適用于下文。第一偏 轉(zhuǎn)裝置的中心點(diǎn)相當(dāng)于光學(xué)裝置中心點(diǎn)。這里，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可對(duì)入射到導(dǎo)光板上的光進(jìn)行反射，第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可對(duì)在導(dǎo) 光板中以全反射傳播的光進(jìn)行多次透射和反射。在這種情況中，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可用作反射 鏡，第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可用作半透射鏡。在此配置中，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件，可由例如以金屬包括合金制成的反光膜(某種鏡)構(gòu) 成并且配置來對(duì)入射到導(dǎo)光板上的光進(jìn)行反射，或者由衍射光柵(例如，全息衍射光柵膜) 構(gòu)成而用于將入射到導(dǎo)光板上的光進(jìn)行衍射。第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可由層疊有多個(gè)介電層疊膜的 多層層疊結(jié)構(gòu)半鏡、偏振光分束器、或者全息衍射光柵膜構(gòu)成。雖然第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二偏 轉(zhuǎn)構(gòu)件布置(結(jié)合)在導(dǎo)光板中，但是第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件對(duì)入射到導(dǎo)光板上的平行光進(jìn)行反射 或者衍射，以使入射的平行光在導(dǎo)光板中被全反射。另一方面，第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件對(duì)在導(dǎo)光板中 以全反射傳播的平行光進(jìn)行多次反射或者衍射，并且將平行光從導(dǎo)光板射出?；蛘撸谝黄D(zhuǎn)構(gòu)件可對(duì)入射到導(dǎo)光板上的光進(jìn)行衍射，而第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可對(duì)在 導(dǎo)光板中以全反射傳播的光進(jìn)行多次衍射。在這種情況中，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件 各可由衍射光柵元件構(gòu)成。并且，衍射光柵元件可由反射式衍射光柵元件或者透射式衍射 光柵元件構(gòu)成?；蛘?，衍射光柵元件中的一個(gè)可由反射式衍射光柵元件構(gòu)成，而另一個(gè)衍射 光柵元件可由透射式衍射光柵元件構(gòu)成。示例的反射式衍射光柵元件可包括反射式體全息 衍射光柵。為了方便，由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成的第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件有時(shí)稱作“第一衍射光 柵構(gòu)件”，由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成的第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件有時(shí)稱作“第二衍射光柵構(gòu)件”。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置進(jìn)行彩色圖像顯示時(shí)，為了衍射或反射具 有P種不同的波段(或波長)的P種光束(例如，對(duì)應(yīng)于紅、綠、籃，P = 3)，在第一衍射光 柵構(gòu)件或第二衍射光柵構(gòu)件中可層疊P層衍射光柵層，而各層衍射光柵層由反射式體全息 衍射光柵構(gòu)成。各層衍射光柵層形成有相應(yīng)于一個(gè)波段(或波長)的干涉條紋?；蛘?，為 了衍射或反射具有P種不同的波段(或波長)的P種光束，第一衍射光柵構(gòu)件或第二衍射 光柵構(gòu)件可由設(shè)置有P種干涉條紋的一層衍射光柵層構(gòu)成。或者，例如，觀看角度可被分為 三部分，并且第一衍射光柵構(gòu)件或第二衍射光柵構(gòu)件可通過對(duì)應(yīng)于觀看角度的各部分層疊 衍射光柵層而構(gòu)成。通過采用這些結(jié)構(gòu)，當(dāng)具有多波段(或者波長)的光束通過第一衍射 光柵構(gòu)件或者第二衍射光柵構(gòu)件被衍射或者反射時(shí)，就可以提高衍射效率、增大可接受的衍射角度、并且優(yōu)化衍射角度。 構(gòu)成第一衍射光柵構(gòu)件和第二衍射光柵構(gòu)件的實(shí)例材料，可包括光聚合物材料。 由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成的第一衍射光柵構(gòu)件和第二衍射光柵構(gòu)件的材料和基本結(jié) 構(gòu)，可與本領(lǐng)域中反射式體全息衍射光柵的相同。反射式體全息衍射光柵是指僅對(duì)+1級(jí)衍 射的光進(jìn)行衍射和反射的全息衍射光柵。盡管衍射光柵構(gòu)件形成有從衍射光柵構(gòu)件的內(nèi)部 延伸到外部的干涉條紋，但是干涉條紋的形成方法可與本領(lǐng)域中所采用的相同。具體地，例 如，將構(gòu)成衍射光柵構(gòu)件的材料(例如光聚合物材料)在第一預(yù)定方向以對(duì)象光進(jìn)行輻照， 并且將該材料同時(shí)地在第二預(yù)定方向以參考光進(jìn)行輻照，由此，對(duì)象光和參考光形成的干 涉條紋可被記錄在構(gòu)成衍射光柵構(gòu)件的材料中。通過適當(dāng)?shù)剡x取第一預(yù)定方向、第二預(yù)定 方向、和對(duì)象光與參考光的波長，就可在衍射光柵構(gòu)件的表面上以理想的節(jié)距和理想的傾 斜角布置干涉條紋。這里，干涉條紋的傾斜角是指在衍射光柵構(gòu)件(或衍射光柵層)的表 面與干涉條紋之間形成的角度。當(dāng)?shù)谝谎苌涔鈻艠?gòu)件和第二衍射光柵構(gòu)件被構(gòu)成為具有層 疊了P層衍射光柵層(各層由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成)的層疊結(jié)構(gòu)時(shí)，P層衍射光柵 層被單獨(dú)形成且然后以例如紫外線固化樹脂粘接劑被層疊(接合)?；蛘撸琍層衍射光柵層 可這樣構(gòu)成形成一層粘接劑光聚合物材料的衍射光柵層，然后在其上依次接合粘接劑光 聚合物材料層?；蛘?，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置可如此實(shí)現(xiàn)光學(xué)裝置由半透射鏡構(gòu) 成，從成像裝置射出的光進(jìn)入半透射鏡，并從半透射鏡中朝向觀察者的眼睛射出。從成像裝 置射出的光，可在空氣中傳播后，或者在透光構(gòu)件例如玻璃板或者塑料板(具體地，由與形 成導(dǎo)光板的材料類似的材料所形成的構(gòu)件，其將在下面說明)中傳播后，進(jìn)入半透射鏡。半 透射鏡可經(jīng)由透光構(gòu)件或者經(jīng)由不同于透光構(gòu)件的構(gòu)件而安裝到成像裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括上述的優(yōu)選實(shí)施例與配置的圖像顯示裝置可實(shí)現(xiàn)為使 成像裝置具有以二維矩陣排布的多個(gè)像素。為了方便，具有此配置的成像裝置，被稱為具有 第一配置的成像裝置。在具有第一結(jié)構(gòu)的成像裝置中，例如，成像裝置可由包括反射式空間光調(diào)節(jié)器和 光源的成像裝置、包括透射式空間光調(diào)節(jié)器和光源的成像裝置、或者包括光發(fā)射元件(例 如有機(jī)電致發(fā)光(EL)元件、無機(jī)EL元件、或者發(fā)光二極管(LED))的成像裝置而構(gòu)成。特 別地，優(yōu)選成像裝置包括反射式空間光調(diào)節(jié)器和光源。例如，空間光調(diào)節(jié)器可由光閥、透射 式或反射式液晶顯示器例如硅基液晶(LCOS)或者數(shù)字微鏡裝置(DMD)、和光源構(gòu)成，光源 可由光發(fā)射元件構(gòu)成。并且，反射式空間光調(diào)節(jié)器可包括液晶顯示器和偏振分束器，偏振分 束器對(duì)來自光源的部分光進(jìn)行反射和導(dǎo)向至液晶顯示器，并把被液晶顯示器反射的部分光 透射和導(dǎo)向至光學(xué)系統(tǒng)。構(gòu)成光源的光發(fā)射元件可包括例如，紅光發(fā)射元件、綠光發(fā)射元 件、藍(lán)光發(fā)射元件和白光發(fā)射元件，或者白光可通過將使用光管的紅光發(fā)射元件、綠光發(fā)射 元件和藍(lán)光發(fā)射元件射出的紅光、綠光和藍(lán)光進(jìn)行色彩混合和亮度均衡而獲得。光發(fā)射元 件可由半導(dǎo)體激光元件、固態(tài)激光器或LED構(gòu)成。像素的數(shù)量可根據(jù)圖像顯示裝置的規(guī)格 而確定。例如，像素的具體數(shù)量可為320*240、432*240、640*480、1024*768或者1920*1080。 通過在下側(cè)布置光源，可使成像裝置的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸?；蛘撸诟鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括上述的優(yōu)選實(shí)施例與配置的圖像顯示裝置 中，成像裝置可包括光源和掃描構(gòu)件，掃描構(gòu)件對(duì)從光源射出的平行光進(jìn)行掃描。為了方便，具有這種結(jié)構(gòu)的成像裝置，被稱為具有第二配置的成像裝置。具有第二結(jié)構(gòu)的成像裝置中的光源，可包括光發(fā)射元件作為光源，更具體地，紅光 發(fā)射元件、綠光發(fā)射元件、藍(lán)光發(fā)射元件和白光發(fā)射元件，或者白光可通過將使用光管的紅 光發(fā)射元件、綠光發(fā)射元件和藍(lán)光發(fā)射元件射出的紅光、綠光和藍(lán)光進(jìn)行色彩混合和亮度 均衡而獲得。光發(fā)射元件可由半導(dǎo)體激光元件、固態(tài)激光器或LED構(gòu)成。具有第二結(jié)構(gòu)的 成像裝置中的像素的數(shù)量(虛擬像素)，也可根據(jù)圖像顯示裝置的規(guī)格而確定。例如，像素 (虛擬像素)的具體數(shù)量為320*240、432*240、640*480、1024*768或者1920*1080。當(dāng)進(jìn)行 彩色圖像顯示時(shí)，光源例如包括紅光發(fā)射元件、綠光發(fā)射元件和藍(lán)光發(fā)射元件，優(yōu)選使用正 交棱鏡進(jìn)行色彩合成。掃描構(gòu)件可由微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)構(gòu)成，微機(jī)電系統(tǒng)具有在二維方向 可旋轉(zhuǎn)的微鏡或者檢流計(jì)反射鏡，掃描構(gòu)件水平地和垂直地掃描從光源射出的光。通過在 底端布置光源，可使成像裝置的重心位置偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸。
在具有第一配置的成像裝置或具有第二配置的成像裝置中，被光學(xué)系統(tǒng)(一種將 射出的光轉(zhuǎn)換成平行光束的光學(xué)系統(tǒng)，可被稱為“平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)”，具體地，例如準(zhǔn)直 光學(xué)系統(tǒng)或中繼光學(xué)系統(tǒng))轉(zhuǎn)換成多束平行光束的光被引入導(dǎo)光板。光束要成為平行光 束的原因，是基于這樣的事實(shí)當(dāng)這種光束已進(jìn)入導(dǎo)光板，甚至在該光束已經(jīng)經(jīng)由第一偏轉(zhuǎn) 構(gòu)件和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件而從導(dǎo)光板中射出去后，均需要存儲(chǔ)光波面信息。為了產(chǎn)生多束平行 光束，例如，成像裝置的光學(xué)發(fā)射部分可位于對(duì)應(yīng)平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的焦距的地方(位 置)。平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，在光學(xué)裝置的光學(xué)系統(tǒng)中用作將像素的位置信息轉(zhuǎn)換成角度信 息。例如，平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)可由總體上具有正的屈光度的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，具有正的屈光 度的光學(xué)系統(tǒng)包括凸透鏡、凹透鏡、表面可調(diào)節(jié)的棱鏡或者全息透鏡中的單獨(dú)一個(gè)或者這 些的組合。具有開口的遮光構(gòu)件，可布置在平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)與導(dǎo)光板之間，以使防止不 需要的光從平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)射出和進(jìn)入導(dǎo)光板。導(dǎo)光板具有平行于導(dǎo)光板的軸(X軸)延伸的兩個(gè)平行表面(第一和第二表面)。 假定光入射到導(dǎo)光板上的表面為入射表面，光從導(dǎo)光板射出的表面為出射表面，入射表面 和出射表面都可被定義為第一表面，或者入射表面可被定義為第一表面，而出射表面可被 定義為第二表面。例如，導(dǎo)光板可由玻璃材料，包括光學(xué)玻璃例如石英玻璃或者BK7 ；或者 塑料材料(例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、非晶態(tài)聚丙烯樹 月旨、或者苯乙烯樹脂(包括AS樹脂))而構(gòu)成。導(dǎo)光板不限于平板，而可以是彎曲的。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器中的成像裝置，可包括例如由透射式 空間光調(diào)節(jié)器和光源所構(gòu)成的成像裝置，具體地，光源為透射式液晶顯示器。像素的數(shù)量 可根據(jù)成像裝置的規(guī)格而確定。例如，像素的具體數(shù)量可為320*240、432*240、640*480、 1024*768 或者 1920*1080。通過例如根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置，頭戴式顯示器可如此構(gòu)造，以使 裝置的重量和尺寸上的減小可實(shí)現(xiàn)、裝置被配戴時(shí)的不舒適感可顯著減輕、并且制造成本 可縮減。在根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例包括上述的優(yōu)選實(shí)施例與配置的頭戴式顯示 器中，框架可包括布置在觀察者的前方的前部；和兩個(gè)邊撐部分，其經(jīng)由鉸接件轉(zhuǎn)動(dòng)地安 裝到前部的相對(duì)端部。端蓋部分安裝到各邊撐部分的頂端部分。在本發(fā)明的實(shí)施例包括上述的各種配置和實(shí)施例的頭戴式顯示器中，可容納鼻墊。即，當(dāng)觀察者觀看本發(fā)明的實(shí)施例的整個(gè)頭戴式顯示器時(shí)，框架與鼻墊構(gòu)成的組件具有 與普通眼鏡基本相同的結(jié)構(gòu)。并且，邊緣部分可設(shè)置或者可不設(shè)置。構(gòu)成框架的材料可與 構(gòu)成普通眼鏡的材料相同，例如金屬、合金、或者塑料、及其組合。鼻墊也可具有公知的配置 和結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施例的頭戴式顯示器中，從設(shè)計(jì)或者易于容納的觀點(diǎn)來看，期望從 一個(gè)或兩個(gè)成像裝置延伸的布線(信號(hào)線、電源線等)經(jīng)由邊撐部分和端蓋部分的內(nèi)部而 從端蓋部分的頂端部分延伸到外部，并且安裝到外部電路(控制電路)。并且，頭戴式顯示 器可實(shí)施為使各成像裝置包括耳機(jī)部分，以及用于各圖像成像設(shè)備的耳機(jī)部分的布線經(jīng)由 邊撐部分和端蓋部分的內(nèi)部，從端蓋部分的頂端部分延伸至耳機(jī)部分。耳機(jī)部分可包括，例 如，內(nèi)耳式耳機(jī)部分和耳道式耳機(jī)部分。更具體地，優(yōu)選是，用于耳機(jī)部分的布線從端蓋部 分的頂端部分延伸至耳機(jī)部分，以便圍繞在耳廓(外耳)的后面。本發(fā)明的實(shí)施例的頭戴式顯示器可用于例如電影標(biāo)題的顯示；戲劇、歌舞劇 (kabuki)、能劇(Noh play)、狂言(kyogen)、歌劇、演唱會(huì)、芭蕾、各種劇場、娛樂場、藝術(shù)博 物館、旅游勝地、游樂勝地、景觀導(dǎo)覽等的各種說明的顯示；在各種裝置的運(yùn)行、操縱、維修、 拆裝等中的符號(hào)、標(biāo)記、標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、設(shè)計(jì)等的各種說明的顯示；有關(guān)人、物體等的符號(hào)、標(biāo) 記、標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、設(shè)計(jì)等的各種說明的顯示；和閉合字幕的顯示。實(shí)例1實(shí)例1涉及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像顯示裝置，和根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的 頭戴式顯示器。實(shí)例1的圖像顯示裝置的概要圖顯示在圖1中，在構(gòu)成實(shí)例1的圖像顯示 裝置的導(dǎo)光板中的光的傳播示意地顯示在圖2A中，顯示構(gòu)成實(shí)例1的圖像顯示裝置的導(dǎo)光 板等的布置狀態(tài)的概要圖顯示在圖2B中。并且，實(shí)例1的頭戴式顯示器從上面看的示意圖 顯示在圖3中，該頭戴式顯示器從側(cè)面看的示意圖顯示在圖4中。在實(shí)例1或者實(shí)施例2至7(見下文)中，圖像顯示裝置100、200、300或者400包 括(A)成像裝置 111 或 211 ；(B)光學(xué)系統(tǒng)(平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng))112或254，其將從成像裝置111或211射 出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(C)光學(xué)裝置120或320，被光學(xué)系統(tǒng)112或254轉(zhuǎn)換成平行光的光束進(jìn)入光學(xué)裝 置120或320中并被引導(dǎo)而從光學(xué)裝置120或320中射出；和(D)支撐構(gòu)件500或600，其相對(duì)于光學(xué)裝置120或320轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐至少成像裝置 111 或 211。并且，實(shí)例1的或者實(shí)施例2至7 (見下文)的頭戴式顯示器包括(a)框架10，其形狀像眼鏡，用于戴在觀察者的頭部，和(b)圖像顯示裝置100、200、300和400，其安裝到框架10。此外，盡管在實(shí)施例的 頭戴式顯示器中具體地采用了包括兩個(gè)圖像顯示裝置的雙眼型顯示器，但是也可采用包括 一個(gè)圖像顯示裝置的單眼型顯示器。成像裝置111或211顯示單色的圖像。在實(shí)例1或者實(shí)施例2至7 (見下文)中，由至少成像裝置與支撐構(gòu)件500或600 構(gòu)成的組件的重心CG在偏離支撐構(gòu)件500或600的中心轉(zhuǎn)軸AX的位置，并且至少成像裝 置111或211受重力而相對(duì)于光學(xué)裝置120或320轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置111或211被水平地保持。在圖2A、8、12、14A和14B中，支撐構(gòu)件500或600的中心轉(zhuǎn)軸AX以虛線顯示，穿 過重心CG并且平行于中心轉(zhuǎn)軸AX的軸以點(diǎn)劃線顯示。在實(shí)例1或者實(shí)施例2至4(見下文)中，支撐構(gòu)件500相對(duì)于光學(xué)裝置120或 320和光學(xué)系統(tǒng)112或254轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐成像裝置111或211。支撐構(gòu)件500包括第一筒狀 構(gòu)件501、第二筒狀構(gòu)件502和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件503，轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件 503布置在第一筒狀構(gòu)件501與第 二筒狀構(gòu)件502之間來使第一筒狀構(gòu)件501和第二筒狀構(gòu)件502相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。并且，成像裝 置111或211布置在第一筒狀構(gòu)件501中，光學(xué)系統(tǒng)112或254布置在第二筒狀構(gòu)件502 中，并且光學(xué)裝置120或320安裝到第二筒狀構(gòu)件502。第一筒狀構(gòu)件501和第二筒狀構(gòu)件502由例如塑料或金屬制成。第一筒狀構(gòu)件 501和第二筒狀構(gòu)件502的尺寸(直徑和長度)可考慮成像裝置111或211、光學(xué)系統(tǒng)112 或254、光學(xué)裝置120或320、整個(gè)頭戴式顯示器等的尺寸來適當(dāng)?shù)卮_定。第一筒狀構(gòu)件501 和第二筒狀構(gòu)件502經(jīng)由球軸承構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件503而布置成嵌套狀。成像裝置111或211在第一筒狀構(gòu)件501中的布置，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或 者安裝方法將成像裝置111或211安裝到第一筒狀構(gòu)件501的內(nèi)表面來執(zhí)行。具體地，成像 裝置通過這樣的方法而安裝將容納成像裝置111或211的殼體113A或213A配合到第一 筒狀構(gòu)件501的內(nèi)表面。并且，光學(xué)系統(tǒng)112或254在第二筒狀構(gòu)件502中的布置，可通過 以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將光學(xué)系統(tǒng)112或254安裝到第二筒狀構(gòu)件502的內(nèi)表面 來執(zhí)行。具體地，光學(xué)系統(tǒng)通過這樣的方法而安裝將容納光學(xué)系統(tǒng)112或254的殼體113B 或213B配合到第二筒狀構(gòu)件502的內(nèi)表面。支撐構(gòu)件500，更具體地，第二筒狀構(gòu)件502安 裝到框架10。具體地，支撐構(gòu)件500，更具體地，第二筒狀構(gòu)件502固定到框架10 (更具體 地，邊撐部分13)。此外，支撐構(gòu)件可以可拆離式地安裝到邊撐部分13。在光學(xué)裝置120或 320與框架10之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即，光學(xué)裝置120或320相應(yīng)于框架10靜止地布置。在實(shí)例1或?qū)嵤├?至7(見下文)中，由至少成像裝置111或211與支撐構(gòu)件 500或600構(gòu)成的組件的重心CG偏離(偏心于)支撐構(gòu)件500或600的中心轉(zhuǎn)軸AX的位 置。具體地，成像裝置111或211等可由支撐構(gòu)件500或600支撐，而使組件的重心CG不 位于支撐構(gòu)件500或600的中心轉(zhuǎn)軸AX上。在實(shí)例1或?qū)嵤├?至7 (見下文)中，從成像裝置111或211的中心射出并穿過 光學(xué)系統(tǒng)112或254在成像裝置一側(cè)的節(jié)點(diǎn)的中心光束CL在一點(diǎn)處進(jìn)入光學(xué)裝置120或 320，該點(diǎn)被定義為光學(xué)裝置中心點(diǎn)0，穿過光學(xué)裝置中心點(diǎn)0且平行于光學(xué)裝置120或320 的軸方向的軸，被定義為X軸，穿過光學(xué)裝置中心點(diǎn)0且與光學(xué)裝置120或320的法向軸一 致的軸，被定義為Y軸。在實(shí)例1或者實(shí)施例2至7 (見下文)中，光學(xué)裝置120或320包括(a)導(dǎo)光板121或321，入射光在導(dǎo)光板中以全反射傳播后，從導(dǎo)光板射出；(b)第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130或330，其將入射到導(dǎo)光板121或321上的光進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，以 使入射到導(dǎo)光板121或321上的光在導(dǎo)光板121或321中被全反射；和(c)第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140或340，其對(duì)導(dǎo)光板121或321中以全反射傳播的光進(jìn)行多 次偏轉(zhuǎn)，以便把在導(dǎo)光板121或321中以全反射傳播的光從導(dǎo)光板121或321射出。第一偏 轉(zhuǎn)構(gòu)件130或330的中心點(diǎn)相當(dāng)于光學(xué)裝置中心點(diǎn)0。光學(xué)裝置120或320為透視型(半 透射)。
這里，在實(shí)例1中，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140布置在導(dǎo)光板121中。 第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130對(duì)入射到導(dǎo)光板121上的光進(jìn)行反射，第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140把在導(dǎo)光板121 中以全反射傳播的光進(jìn)行多次透射和反射。即，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130用作反射鏡，第二偏轉(zhuǎn)構(gòu) 件140用作半透射鏡。更具體地，設(shè)置在導(dǎo)光板121中的第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130由反光膜(某 種鏡)構(gòu)成，該反射膜由鋁制成并且配置來對(duì)入射到導(dǎo)光板121上的光進(jìn)行反射。另一方 面，設(shè)置在導(dǎo)光板121中的第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140由層疊了多層介電層疊膜的多層層疊結(jié)構(gòu)構(gòu) 成。介電層疊膜包括，例如，由高介電常數(shù)材料制成的TiO2膜，和由低介電常數(shù)材料制成的 SiO2膜。層疊了多層介電層疊膜的多層層疊結(jié)構(gòu)在日本專利文件JP-T-2005-521099中公 開。盡管在附圖中顯示六層介電層疊膜，但是介電層疊膜的數(shù)量不限于此。由與導(dǎo)光板121 的材料相同的材料制成的薄片夾放在介電層疊膜之間。第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130對(duì)入射到導(dǎo)光板 121上的平行光進(jìn)行反射(或衍射)，以使入射到導(dǎo)光板121上的平行光在導(dǎo)光板121中被 全反射。另一方面，第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140對(duì)在導(dǎo)光板121中以全反射傳播的平行光進(jìn)行多次 反射(或衍射)，并且將平行光從導(dǎo)光板121朝向觀察者的眼睛41而射出。
導(dǎo)光板121的提供第一偏轉(zhuǎn)部分130的部分124被切除，從而在導(dǎo)光板121上形 成斜面，在該斜面上將形成第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130，反光膜通過真空淀積而形成在該斜面上，并 且導(dǎo)光板121的切除部分124然后被接合到第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130。并且，多層層疊結(jié)構(gòu)被構(gòu) 成，與導(dǎo)光板121的材料相同的材料(例如玻璃)制成的多層膜以及多層介電膜(例如，由真空淀積形成)層疊在多層 層疊結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)光板121的部分125被切除從而形成斜面，在該斜面處第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140將 形成，多層層疊結(jié)構(gòu)接合到該斜面，并且導(dǎo)光板的外部由例如拋光成形。這樣，可獲得具有 設(shè)置在導(dǎo)光板121中的第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140的光學(xué)裝置120。在實(shí)例1或者實(shí)施例2至7(見下文)中，由光學(xué)玻璃或塑料材料形成的導(dǎo)光板 121或321具有平行于導(dǎo)光板121或321的全內(nèi)反射光傳播方向(X軸)延伸的兩個(gè)平行表 面(第一表面122或322與第二表面123或323)。第一表面122或322與第二表面123或 323相互面對(duì)。平行光從用作光入射表面的第一表面122或322進(jìn)入，在導(dǎo)光板121中以全 反射傳播，然后從用作光出射表面的第一表面122或322射出。然而，本發(fā)明不限于此，并 且光入射表面可由第二表面123或323構(gòu)成，而光出射表面可由第一表面122或322構(gòu)成。在實(shí)例1或下面將說明的實(shí)例3中，成像裝置111為具有第一配置的成像裝置，并 且具有以二維矩陣排布的多個(gè)像素。具體地，成像裝置111包括反射式空間光調(diào)節(jié)器150 和光源153，光源153由用于發(fā)射白光的光發(fā)射二極管構(gòu)成。整個(gè)成像裝置111容納在殼體 113A中(在圖1中以點(diǎn)劃線顯示)，光學(xué)系統(tǒng)112容納在殼體113B中(在圖1中以點(diǎn)劃線 顯示)，開口(未顯示)設(shè)置在殼體113B中，光通過開口從光學(xué)系統(tǒng)112 (平行光發(fā)射光學(xué) 系統(tǒng)或準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng))被射出。反射式空間光調(diào)節(jié)器150包括液晶顯示器(LCD) 151，其由 用作光閥的硅基液晶(LCOS)構(gòu)成；和偏振分束器152，其將來自光源153的部分反光和導(dǎo) 向至液晶顯示器151，并且把被液晶顯示器151反射的部分光透射和導(dǎo)向至光學(xué)系統(tǒng)112。 液晶顯示器151包括以二維矩陣排布的多個(gè)(例如640*480)像素(液晶單元)。偏振分 束器152具有與本領(lǐng)域中的偏振分束器相同的配置和結(jié)構(gòu)。從光源153射出的非偏振光入 射到偏振分束器152上。P偏振光分量穿過偏振分束器152，并且被發(fā)射至系統(tǒng)的外部。另 一方面，S偏轉(zhuǎn)光分量被偏振分束器152反射，進(jìn)入液晶顯示器151，在液晶顯示器151中被反射，然后從液晶顯示器151射出。這里，在從液晶顯示器151射出的光中，從用于顯示白 色的像素射出的光包含許多P偏振光分量，從用于顯示黑色的像素射出的光包含許多S偏 振光分量。因此，從液晶顯示器151射出且入射到偏振分束器152上的光中的P偏振光分 量，穿過偏振分束器152，并被引導(dǎo)至光學(xué)系統(tǒng)112。另一方面，S偏轉(zhuǎn)光分量被偏振分束器 152反射，然后返回光源153。光學(xué)系統(tǒng)112由例如凸透鏡構(gòu)成。為了產(chǎn)生平行光，成像裝 置111 (具體地，液晶顯示器151)布置在對(duì)應(yīng)于光學(xué)系統(tǒng)112的焦距的地方(位置)。光源 153布置在液晶顯示器151的下側(cè)?？蚣?0由前部11、兩個(gè)邊撐部分13和端蓋部分14構(gòu)成，前部11布置在觀察者前 方，兩個(gè)邊撐部分13經(jīng)由鉸接件12轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到前部11的兩端，端蓋部分14 (被稱為端單 元(tip cell)、耳罩(earmuff)和耳墊(ear pad))安裝到各邊撐部分13的頂端部分。并 且，鼻墊(未顯示)安裝到框架。殼體11313或213B可以可拆離式地通過安裝構(gòu)件18而 安裝到邊撐部分13?？蚣?0由金屬或者塑料制成。支撐構(gòu)件500或600可被安裝而通過 安裝構(gòu)件18而固定到邊撐部分13。支撐構(gòu)件可以通過安裝構(gòu)件18而可拆離式地安裝到擁 有和配戴眼鏡的觀察者所擁有的眼鏡的框架的邊撐部分。從一個(gè)成像裝置IllA延伸的布線(信號(hào)線、電源線等)15，經(jīng)由邊撐部分13和端 蓋部分14的內(nèi)部，并從端蓋部分14的頂端部分延伸至外部。各成像裝置IllA或IllB包 括耳機(jī)部分16和用于耳機(jī)部分的布線17，從各成像裝置IllA或IllB延伸的布線17，經(jīng)由 邊撐部分13和端蓋部分14的內(nèi)部，并從端蓋部分14的頂端部分延伸至耳機(jī)部分16。更具 體地，用于耳機(jī)部分的布線17從端蓋部分14的頂端部分延伸至耳機(jī)部分16，以便圍繞在耳 廓(外耳)的后面。通過采用這種配置，可形成簡潔的頭戴式顯示器，而不會(huì)給人的印象為 耳機(jī)部分16和耳機(jī)部分的布線17是隨便布置的。在實(shí)例1的圖像顯示裝置100中，成像裝置111與支撐構(gòu)件500構(gòu)成的組件的重 心CG在偏離支撐構(gòu)件500的中心轉(zhuǎn)軸AX的位置，并且成像裝置111受重力而相對(duì)于光學(xué) 裝置120轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置111被水平地保持。因此，即使配戴頭戴式顯示器的觀察者的 頭部傾斜，通過簡單的配置和結(jié)構(gòu)，觀察者仍可觀察被水平地保持的圖像。圖13A和13B示 意地顯示，即使配戴本實(shí)施例的頭戴式顯示器的觀察者的頭部傾斜，觀察者仍可觀察被水 平地保持的圖像。并且，不會(huì)使重量增加、制造成本增加和功率消耗增加，也無需通過圖像 處理旋轉(zhuǎn)顯示圖像，無需帶大顯示區(qū)域的成像裝置，也無需增加成像裝置的分辨率。實(shí)例2實(shí)例2是實(shí)例1的變型。圖5是根據(jù)實(shí)例2的頭戴式顯示器中的圖像顯示裝置 200的概念視圖。如圖5所示，實(shí)例2中的成像裝置211由具有第二配置的成像裝置構(gòu)成。 即，成像裝置包括光源251和掃描構(gòu)件253，掃描構(gòu)件253掃描從光源251射出的平行光。 更具體地，成像裝置211包括(a)光源 251;(b)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)252，其將從光源251射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(c)掃描構(gòu)件253，其掃描從準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)252射出的平行光；和(d)中繼光學(xué)系統(tǒng)254，其將掃描構(gòu)件253掃描過的平行光進(jìn)行中繼和發(fā)射。光源 251、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)252和掃描構(gòu)件253容納在殼體213A中(在圖5中以點(diǎn)劃線顯示)，平 行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(中繼光學(xué)系統(tǒng)254)容納在殼體213B中(在圖5中以點(diǎn)劃線顯示)，開口(未顯示)設(shè)置在殼體213B中，光通過該開口從中繼光學(xué)系統(tǒng)254射出。支撐構(gòu)件500 通過安裝構(gòu)件18而可拆離式地安裝到邊撐部分13。光源251布置在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)252和 掃描構(gòu)件253的下方。光源251包括用 于發(fā)射白光的光發(fā)射元件。從光源251射出的光進(jìn)入準(zhǔn)直光學(xué) 系統(tǒng)252，并作為平行光射出去，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)252總體上具有正的屈光度。平行光被全反 射鏡256反射，被掃描構(gòu)件253水平地和垂直地掃描，并且被轉(zhuǎn)換成某種二維圖像，由此產(chǎn) 生虛擬像素(像素的數(shù)量可制成與實(shí)例1的相同)，掃描構(gòu)件253由MEMS構(gòu)成，MEMS可在 二維方向旋轉(zhuǎn)微鏡以便二維地掃描入射的平行光。來自虛擬像素的光，穿過中繼光學(xué)系統(tǒng) (平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng))254，然后被轉(zhuǎn)換成平行光的光束進(jìn)入光學(xué)裝置120，中繼光學(xué)系統(tǒng) 254由本領(lǐng)域的中繼光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。被中繼光學(xué)系統(tǒng)254轉(zhuǎn)換成平行光的光束進(jìn)入光學(xué)裝置120，并且在光學(xué)裝置120 中光束被引導(dǎo)，然后從光學(xué)裝置120射出。由于光學(xué)裝置120具有與實(shí)例1中采用的光學(xué) 裝置相同的配置和結(jié)構(gòu)，因此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。并且，由于實(shí)例2的頭戴式顯示器與實(shí) 例1的頭戴式顯示器，如上述除了成像裝置211不同外，具有基本相同的配置和結(jié)構(gòu)，因此 省略對(duì)其的詳細(xì)說明。實(shí)例3實(shí)例3也是實(shí)例1的變型。圖6A是根據(jù)實(shí)例3的頭戴式顯示器中的圖像顯示裝 置300的概念視圖。圖6B是反射式體全息衍射光柵的一部分的放大的示意截面視圖。在 實(shí)例3中，成像裝置110具有第一配置的成像裝置構(gòu)成，類似實(shí)例1。光學(xué)裝置320，除了第 一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件的配置和結(jié)構(gòu)外，具有與實(shí)例1的光學(xué)裝置120相同的基本配 置和結(jié)構(gòu)。在實(shí)例3中，第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件布置在導(dǎo)光板321的一個(gè)表面(具體 地，導(dǎo)光板321的第二表面323)上。第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件將入射到導(dǎo)光板321上的光進(jìn)行衍射， 第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件對(duì)在導(dǎo)光板321中以全反射傳播的光進(jìn)行多次衍射。這里，第一和第二偏轉(zhuǎn) 構(gòu)件各由衍射光柵元件構(gòu)成，具體地，反射式衍射光柵元件，更具體地，反射式體全息衍射 光柵。在以下說明中，為了方便，由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成的第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件，有時(shí)稱為 “第一衍射光柵構(gòu)件330”，由反射式體全息衍射光柵構(gòu)成的第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件有時(shí)稱為“第二衍 射光柵構(gòu)件340”。在實(shí)例3或下面將說明的實(shí)例4中，在第一衍射光柵構(gòu)件330和第二衍射光柵構(gòu) 件340的每一個(gè)中，層疊了一層衍射光柵層。由光聚合物材料制成的各層衍射光柵層形成 有對(duì)應(yīng)一個(gè)波段(或波長)的干涉條紋，并且干涉條紋通過本領(lǐng)域的方法而形成。形成在 衍射光柵層(衍射光學(xué)元件)上的干涉條紋，以固定的間距線性地延伸并且平行于Z軸方 向。第一衍射光柵構(gòu)件330的軸和第二衍射光柵構(gòu)件340的軸平行于X軸，并且法向軸平 行于Y軸。圖6B是反射式體全息衍射光柵的放大的部分截面示意視圖。反射式體全息衍射 光柵形成有干涉條紋，并且干涉條紋具有傾斜角φ。這里，傾斜角φ是指在反射式體全息衍射 光柵的表面與干涉條紋之間形成的角度。干涉條紋形成為從反射式體全息衍射光柵的內(nèi)部 延伸到外部。干涉條紋滿足布拉格條件。這里，布拉格條件用來滿足下列表達(dá)式α。在表達(dá) 式A中，m是正整數(shù)，λ表示波長，d表示光柵表面的間距(包括干涉條紋的虛擬面之間在法線方向的距離)，Θ表示干涉條紋上的入射角的補(bǔ)角。當(dāng)光以入射角φ進(jìn)入衍射光柵構(gòu)件 時(shí)，補(bǔ)角 、傾斜角ψ和入射角φ具有由表達(dá)式B給出的關(guān)系Μ*λ = 2*d*sin( ) (A)
Θ= 90。-(φ+ ψ)(Β)如上述，第一衍射光柵構(gòu)件330布置(接合)在導(dǎo)光板321的第二表面323上，并 且對(duì)從第一表面322入射到導(dǎo)光板321上的平行光進(jìn)行衍射和反射，以使入射到導(dǎo)光板321 上的平行光在導(dǎo)光板321中被全反射。并且，如上述，第二衍射光柵構(gòu)件340布置(接合) 在導(dǎo)光板321的第二表面323上，并且對(duì)在導(dǎo)光板321中以多次全反射傳播的平行光進(jìn)行 衍射和反射，并且使平行光從導(dǎo)光板321穿過第一表面322射出。平行光在導(dǎo)光板321中也以全反射傳播，然后被射出。在這種情況中，由于導(dǎo)光板 321薄并且在導(dǎo)光板321中的光路長，因此在光束到達(dá)第二衍射光柵構(gòu)件340之前，光束所 進(jìn)行的全反射的次數(shù)根據(jù)視角而變化。更具體地，在入射在導(dǎo)光板321上的平行光束中，朝 向第二衍射光柵構(gòu)件340傾斜入射在導(dǎo)光板321上的平行光束的反射次數(shù)小于離開第二衍 射光柵構(gòu)件340傾斜入射在導(dǎo)光板321上的平行光束的反射次數(shù)。這是因?yàn)?，在?dǎo)光板321 中傳播的光入射在導(dǎo)光板321的內(nèi)表面上時(shí)，在第一衍射光柵構(gòu)件330處衍射和反射并朝 向第二衍射光柵構(gòu)件340傾斜入射在導(dǎo)光板321上的平行光束與沿相反方向傾斜入射在導(dǎo) 光板321上的平行光束相比，相對(duì)導(dǎo)光板321的法向之間形成的角度更小。形成于第二衍 射光柵構(gòu)件340內(nèi)部的干涉條紋的形狀和形成于第一衍射光柵構(gòu)件330內(nèi)部的干涉條紋的 形狀，關(guān)于垂直于導(dǎo)光板321的軸的假想平面對(duì)稱。下面將說明的實(shí)例4中的導(dǎo)光板321，具有與上述的導(dǎo)光板321相同的配置和結(jié) 構(gòu)。如上述，除了光學(xué)裝置320不同外，實(shí)例3的頭戴式顯示器具有與實(shí)例1的頭戴式 顯示器基本相同的配置和結(jié)構(gòu)，因此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。實(shí)例4實(shí)例4是實(shí)例3的變型。圖7是根據(jù)實(shí)例4的頭戴式顯示器中的圖像顯示裝置的 概念視圖。在實(shí)例4的圖像顯示裝置400中，光源251、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)252、掃描構(gòu)件253、平 行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)(中繼光學(xué)系統(tǒng)254)等具有與實(shí)例2中所采用的(具有第二配置的成 像裝置)各部件相同的配置和結(jié)構(gòu)。并且，實(shí)例4中的光學(xué)裝置320具有與實(shí)例3中的光 學(xué)裝置320相同的配置和結(jié)構(gòu)。除了上述不同外，由于實(shí)例4的頭戴式顯示器具有與實(shí)例 1的頭戴式顯示器基本相同的配置和結(jié)構(gòu)，因此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。實(shí)例5實(shí)例5是實(shí)施例1至4的變型。在實(shí)施例1至4中，支撐構(gòu)件600相對(duì)于光學(xué)裝 置120或320和光學(xué)系統(tǒng)112或254轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐成像裝置111或211。另一方面，在實(shí)例5 中，如顯示導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)的概要圖8所示，支撐構(gòu)件600相對(duì)于光學(xué)裝置120或320 轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐成像裝置111或211和光學(xué)系統(tǒng)112或254。支撐構(gòu)件600包括第一筒狀構(gòu)件 601、第二筒狀構(gòu)件602和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件603，轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件603布置在第一筒狀構(gòu)件601與第二筒狀 構(gòu)件602之間來使得第一筒狀構(gòu)件601和第二筒狀構(gòu)件602相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，成像裝置111或211 和光學(xué)裝置112或254布置在第一筒狀構(gòu)件601中，光學(xué)裝置120或320安裝到第二筒狀構(gòu)件602。成像裝置111或211和光學(xué)系統(tǒng)112或254在第一筒狀構(gòu)件601中的布置，可通 過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將成像裝置111或211和光學(xué)系統(tǒng)112或254安裝到第 一筒狀構(gòu)件601的內(nèi)表面來執(zhí)行。具體地，成像裝置和光學(xué)系統(tǒng)通過這樣的方法而安裝將 容納成像裝置111或211和整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)112或254的殼體配合到第一筒狀構(gòu)件601的內(nèi) 表面。具體地，第二筒狀構(gòu)件602到光學(xué)裝置120或320的安裝，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件 或者安裝方法將第二筒狀構(gòu)件602安裝到光學(xué)裝置來執(zhí)行。支撐構(gòu)件600，更具體地，第二 筒狀構(gòu)件602安裝到框架10。此安裝也可以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法來執(zhí)行。并且， 支撐構(gòu)件600，更具體地，第二筒狀構(gòu)件602可固定到框架(具體地，邊撐部分13)，或者可 以可拆離式地安裝到框架10 (更具體地，邊撐部分13)。除了上述方面外，由于實(shí)例5的圖像顯示裝置和頭戴式顯示器可制成為與實(shí)施例 1至4的圖像顯示裝置和頭戴式顯示器相同的配置和結(jié)構(gòu)，因此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。實(shí)例6實(shí)例6是實(shí)施例1至5的變型。在構(gòu)成實(shí)例6的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板中的光傳 播通常如圖9A中所示，構(gòu)成實(shí)例6的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)在圖9B中作為 概要圖顯示，并且實(shí)例6的頭戴式顯示器從側(cè)面看的示意視圖顯示在圖10中。在實(shí)施例1至5中，圖像顯示裝置100或300被進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使從成像裝置111的 中心射出并穿過光學(xué)系統(tǒng)112或254的在成像裝置一側(cè)的節(jié)點(diǎn)的中心光束CL，垂直于導(dǎo)光 板121或321地入射到導(dǎo)光板121或321上。S卩，中心光束CL設(shè)計(jì)為以零入射角進(jìn)入導(dǎo)光 板121或321。此時(shí)，要顯示的圖像的中心與導(dǎo)光板121或321的第一表面122或322的垂 直方向一致。在圖像顯示裝置100所代表的這類圖像顯示裝置中，如圖2A和2B中所示，從成像 裝置111的中心射出的、在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)112的光學(xué)軸上的中心光束CL被準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng) 112轉(zhuǎn)換成基本上平行的光，然后垂直于導(dǎo)光板121地進(jìn)入導(dǎo)光板121的第一表面(入射 表面)122。然后，光沿傳播方向A運(yùn)行，同時(shí)在第一表面122與第二表面123之間被第一 偏轉(zhuǎn)構(gòu)件130全反射。隨后，中心光束CL被第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件140反射和衍射，并被從導(dǎo)光板 121的第一表面122垂直地射出，然后到達(dá)觀察者的眼睛41。當(dāng)觀察者在透視型頭戴式顯示器中觀看水平放置的物體時(shí)，為了防止光學(xué)裝置 120或320成為障礙，需要將光學(xué)裝置120或320平移和布置到觀察者的水平視線的下方。 在這種情況中，整個(gè)圖像顯示裝置100或300被布置在觀察者的視線的下方。同時(shí)，在這種 配置中，如圖15中所示，需要將整個(gè)成像裝置100傾斜角度θ ‘‘。在這種情況中，從與用于 配戴在觀察者的頭部的形狀像眼鏡的框架的安裝部分(邊撐部分)的關(guān)系的角度而言，圖 像顯示裝置100可傾斜的角度θ “可能受到限制，或者設(shè)計(jì)自由度可能變低。因此，期望提 供一種圖像顯示裝置，其容許高自由度的布置和在設(shè)計(jì)上具有高自由度，以使其不會(huì)成為 觀察者的水平視線的障礙。在實(shí)例6中，中心光束CL以除0度外的角度(Θ)相交XY平面。中心光束CL被 包括在YZ平面中。在實(shí)例6或下面將說明的實(shí)例7中，光學(xué)系統(tǒng)112或254的光軸被包括 在YZ平面內(nèi)并且以除0度外的角度，具體地，以角度θ相交XY平面(參考圖9Α和9Β)。 在實(shí)例6或下面將說明的實(shí)例7的頭戴式顯示器中，假定XY平面與水平平面一致，則中心
18光束CL相交XY平面的角度θ為仰角。S卩，中心光束CL從XY平面的下方朝向XY平面地 入射在XY平面上。XY平面以除O度外的角度，具體地，以角度θ相交垂直平面。
在實(shí)例6中，θ =5度。更具體地，在這種配置中，中心光束CL(在圖10中以虛 線顯示)被包括在水平平面中。光學(xué)裝置120或320相應(yīng)于垂直平面傾斜角度θ。換句話 說，光學(xué)裝置120或320相應(yīng)于水平平面傾斜角度(90-Θ)。并且，從光學(xué)裝置120或320 射出的中心光束CL'(在圖10中以點(diǎn)劃線顯示)相應(yīng)于水平平面傾斜角度2 θ。g卩，當(dāng)觀 察者觀看水平方向和無窮遠(yuǎn)處的物體時(shí)，從光學(xué)裝置120或320射出并進(jìn)入觀察者的眼睛 的中心光束CL'形成俯角Θ' ( = 20)(參考圖10)。中心光束CL'與光學(xué)裝置120或 320的法向形成的角度是θ。在圖9Α或下面將說明的圖IlA中，，中心光束CL'從光學(xué)裝 置120或320射出的一點(diǎn)以0'表示，穿過點(diǎn)0'并且平行于X軸、Y軸和Z軸的軸以X' 軸、Y'軸和Z'軸表示。此外，從成像裝置111或211的中心射出的中心光束CL不限于該 中心光束被包括在水平平面內(nèi)的這種形式，而可實(shí)現(xiàn)為使中心光束以除0度外的期望的角 度(俯角)相交水平平面。并且，當(dāng)觀察者觀看水平方向和無窮遠(yuǎn)處的物體時(shí)，可實(shí)現(xiàn)使從 光學(xué)裝置120或320射出并且進(jìn)入觀察者的眼睛的中心光束CL'形成仰角。在實(shí)例6的圖像顯示裝置、或者構(gòu)成實(shí)例6的頭戴式顯示器的圖像顯示裝置中，中 心光束以除ο度外的角度(Θ)相交XY平面。這里，若從光學(xué)裝置射出并且進(jìn)入觀察者的 眼睛的中心光束CL'形成俯角Θ'，則滿足關(guān)系θ' =2Θ。另一方面，在圖15所示的實(shí) 例中，若希望獲得相同的俯角時(shí)，需要將整個(gè)成像裝置傾斜角度θ “。這里，θ “與θ之 間的關(guān)系是θ “ = 2 θ。最終，在圖15中所示的實(shí)例中，光學(xué)裝置應(yīng)當(dāng)相應(yīng)于垂直平面傾 斜2Θ。另一方面，在實(shí)例6中，光學(xué)裝置只要相應(yīng)于垂直平面傾斜θ，并且成像裝置只要 保持水平。由此，當(dāng)圖像顯示裝置安裝到眼鏡形狀的框架的安裝部分時(shí)，對(duì)圖像顯示裝置的 安裝角度幾乎沒有限制，從而可獲得設(shè)計(jì)上的高自由度。并且，由于光學(xué)裝置相應(yīng)于垂直平 面的傾斜小于圖15所示實(shí)例的情況，因此戶外日光被光學(xué)裝置反射并且進(jìn)入觀察者的眼 睛的現(xiàn)象幾乎不會(huì)發(fā)生。因此，可顯示更高質(zhì)量的圖像。實(shí)例7實(shí)例7是實(shí)例6的變型。在構(gòu)成實(shí)例7的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板中的光傳播示意 地顯示在圖IlA中，并且顯示構(gòu)成實(shí)例7的圖像顯示裝置的導(dǎo)光板等的布置狀態(tài)的概要圖 顯示在圖1IB中。這里，在實(shí)例7中，光學(xué)系統(tǒng)(平行光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)或準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng))112 的光軸平行于YZ平面、平行于XY平面、并且穿過平移自成像裝置111的中心的一個(gè)位置。 通過采用這種配置，中心光束CL被包括在YZ平面內(nèi)，并且以仰角θ相交XY平面。實(shí)例8實(shí)例8涉及根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的頭戴式顯示器。圖12是實(shí)例8的頭戴式 顯示器從側(cè)面看的示意圖，如圖12所示，實(shí)例8的頭戴式顯示器包括(a)框架10，其形狀像眼鏡，用于戴在觀察者的頭部，和(b)成像裝置711，其通過支撐構(gòu)件700轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到框架10，成像裝置711與支撐構(gòu)件700構(gòu)成的組件的重心CG在偏離支撐構(gòu)件700的中心 轉(zhuǎn)軸AX的位置，并且成像裝置711受重力而相應(yīng)于框架10轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置711被水平 地保持。盡管在實(shí)例8(雙眼型)中設(shè)置了兩個(gè)成像裝置711，但是也可采用包括一個(gè)圖像 顯示裝置的單眼型。并且，成像裝置711為由透射式空間光調(diào)節(jié)器和光源構(gòu)成的成像裝置，該透射式空間光調(diào)節(jié)器顯示單色的(白色的)圖像，而該光源具體地為透射式液晶顯示器。 像素的數(shù)量與實(shí)例1的相同。在實(shí)例8的頭戴式顯示器中，成像裝置711的重心CG偏離(偏心于)支撐構(gòu)件 700的中心轉(zhuǎn)軸AX的位置。具體地，成像裝置711由支撐構(gòu)件700支撐，而使成像裝置711 的重心CG不位于支撐構(gòu)件700的中心轉(zhuǎn)軸AX上。即使在實(shí)例8中，支撐構(gòu)件700也由例如塑料或金屬制成的第一筒狀構(gòu)件701和 第二筒狀構(gòu)件702構(gòu)成。第一筒狀構(gòu)件701和第二筒狀構(gòu)件702的尺寸(直徑和長度)可 考慮成像裝置711、整個(gè)頭戴式顯示器等的尺寸來適當(dāng)?shù)卮_定。與實(shí)例1相似的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件 703布置在第一筒狀構(gòu)件701與第二筒狀構(gòu)件702之間，并且第一筒狀構(gòu)件701和第二筒 狀構(gòu)件702可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。第一筒狀構(gòu)件701與第二筒狀構(gòu)件702經(jīng)由轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件703而布置 成嵌套狀。成像裝置711可布置在第一筒狀構(gòu)件701中，并且成像裝置711在第一筒狀構(gòu) 件701中的布置，可通過以適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法將成像裝置711安裝到第一筒狀 構(gòu)件701的內(nèi)表面來執(zhí)行。具體地，成像裝置通過這樣的方法而安裝將成像裝置711的殼 體配合進(jìn)第一筒狀構(gòu)件701的內(nèi)表面。并且，成像裝置711通過支撐構(gòu)件700而安裝到框 架10，以便對(duì)框架10可轉(zhuǎn)動(dòng)。具體地，第二筒狀構(gòu)件702可安裝到框架10，更具體地，第二 筒狀構(gòu)件702可被固定到、或者通過適當(dāng)?shù)陌惭b構(gòu)件或者安裝方法而可拆離式地安裝到邊 緣部分、前部11、或者邊撐部分13。在實(shí)例8的頭戴式顯示器中，成像裝置711與支撐構(gòu)件700構(gòu)成的組件的重心CG 在偏離支撐構(gòu)件700的中心轉(zhuǎn)軸AX的位置，并且成像裝置711受重力而相應(yīng)于框架10轉(zhuǎn) 動(dòng)，由此成像裝置711被水平地保持。因此，即使配戴頭戴式顯示器的觀察者的頭部傾斜， 通過簡單的配置和結(jié)構(gòu)，觀察者仍可觀察被水平地保持的圖像。并且，不會(huì)使重量增加、制 造成本增加和功率消耗增加，也無需通過圖像處理旋轉(zhuǎn)顯示圖像，無需帶大顯示區(qū)域的成 像裝置，也無需增加成像裝置的分辨率。盡管已基于優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。在實(shí) 施例中已進(jìn)行說明的圖像顯示裝置、支撐構(gòu)件和頭戴式顯示器，僅僅是圖示性的，并且可被 適當(dāng)?shù)馗?。例如，在?shí)例1或者實(shí)例5中說明的支撐構(gòu)件中的第一筒狀構(gòu)件和第二筒狀 構(gòu)件的結(jié)構(gòu)也可更改為如圖14A和14B所示。即，可采用一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，面向觀察 者的第二筒狀構(gòu)件502或602設(shè)置有底板504或604，從底板504或604的中心部分朝向內(nèi) 部設(shè)置有突出部分505或605，并且第一筒狀構(gòu)件501或601經(jīng)由轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件503或603而圍 繞突出部分505或605轉(zhuǎn)動(dòng)。如果構(gòu)成支撐構(gòu)件的兩個(gè)構(gòu)件相互可轉(zhuǎn)動(dòng)，則這些構(gòu)件的形 狀可不是筒狀的。并且，表面浮雕型(surface relief-type)全息圖(參考美國專利申請 公開文件2004/0062505A1)可布置在導(dǎo)光板中。實(shí)例3或4的光學(xué)裝置320也可實(shí)現(xiàn)為使 衍射光柵元件由透射式衍射光柵元件構(gòu)成，或者第一偏轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二偏轉(zhuǎn)構(gòu)件中的任何一 個(gè)由反射式衍射光柵元件構(gòu)成，而另一個(gè)由透射式衍射光柵元件構(gòu)成?；蛘?，反射式閃耀衍 射光柵元件也可用作衍射光柵元件。本申請包括2009年8月31日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請文件JP 2009-199568中所公開內(nèi)容相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在附加的權(quán)利要求或其等同形式的范圍之內(nèi)，依據(jù)設(shè) 計(jì)需要與其它因素，可進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替代。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，包括(A)成像裝置；(B)光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述成像裝置射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(C)光學(xué)裝置，被所述光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成所述平行光的光束進(jìn)入所述光學(xué)裝置中，在所述 光學(xué)裝置中所述光束被引導(dǎo)并從所述光學(xué)裝置射出；和(D)支撐構(gòu)件，其相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐至少所述成像裝置，其中，由至少所述成像裝置與所述支撐構(gòu)件構(gòu)成的組件具有的重心處于偏離所述支撐 構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸的位置，并且至少所述成像裝置受重力而相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，由此 所述成像裝置被水平地保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述圖像顯示裝置，其中所述支撐構(gòu)件相應(yīng)于所述光學(xué)裝置和所述光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述成像裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述圖像顯示裝置，其中，所述支撐構(gòu)件包括第一筒狀構(gòu)件、第二筒狀構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置 在所述第一筒狀構(gòu)件與所述第二筒狀構(gòu)件之間來使所述第一筒狀構(gòu)件和所述第二筒狀構(gòu) 件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述成像裝置布置在所述第一筒狀構(gòu)件中，所述光學(xué)系統(tǒng)布置在所述第二筒狀構(gòu)件中，和所述光學(xué)裝置安裝到所述第二筒狀構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的所述圖像顯示裝置，其中，所述支撐構(gòu)件相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述成像裝置和所述光學(xué)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的所述圖像顯示裝置，其中，所述支撐構(gòu)件包括第一筒狀構(gòu)件、第二筒狀構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置 在所述第一筒狀構(gòu)件與所述第二筒狀構(gòu)件之間來使所述第一筒狀構(gòu)件和所述第二筒狀構(gòu) 件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述成像裝置和所述光學(xué)裝置布置在所述第一筒狀構(gòu)件中，和所述光學(xué)裝置安裝到所述第二筒狀構(gòu)件。
6.一種頭戴式顯示器，包括(a)框架，其形狀像眼鏡，用于戴在觀察者的頭部；和(b)安裝到所述框架的圖像顯示裝置，所述圖像顯示裝置包括(A)成像裝置；(B)光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述成像裝置射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(C)光學(xué)裝置，被所述光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成所述平行光的光束進(jìn)入所述光學(xué)裝置，在所述光 學(xué)裝置中所述光束被引導(dǎo)并從所述光學(xué)裝置射出；和(D)支撐構(gòu)件，其相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐至少所述成像裝置，其中，由至少所述成像裝置與所述支撐構(gòu)件構(gòu)成的組件的重心處于偏離所述支撐構(gòu)件 的所述中心轉(zhuǎn)軸的位置，并且至少所述成像裝置受重力而相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，由此 所述成像裝置被水平地保持。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的所述頭戴式顯示器，其中所述支撐構(gòu)件相應(yīng)于所述光學(xué)裝置和所述光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述成像裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的所述頭戴式顯示器，其中，所述支撐構(gòu)件包括第一筒狀構(gòu)件、第二筒狀構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置 在所述第一筒狀構(gòu)件與所述第二筒狀構(gòu)件之間來使所述第一筒狀構(gòu)件和所述第二筒狀構(gòu) 件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述成像裝置布置在所述第一筒狀構(gòu)件中， 所述光學(xué)系統(tǒng)布置在所述第二筒狀構(gòu)件中，和 所述光學(xué)裝置安裝到所述第二筒狀構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的所述頭戴式顯示器，其中，所述支撐構(gòu)件相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述成像裝置和所述光學(xué)系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的所述頭戴式顯示器，其中，所述支撐構(gòu)件包括第一筒狀構(gòu)件、第二筒狀構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件布置 在所述第一筒狀構(gòu)件與所述第二筒狀構(gòu)件之間來使所述第一筒狀構(gòu)件和所述第二筒狀構(gòu) 件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述成像裝置和所述光學(xué)裝置布置在所述第一筒狀構(gòu)件中，和 所述光學(xué)裝置安裝到所述第二筒狀構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的所述頭戴式顯示器，其中所述框架由前部和兩個(gè)邊撐部分構(gòu)成，所述前部布置在觀察者的前方，所述兩個(gè) 邊撐部分通過鉸接件轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到所述前部的兩端。
12.—種頭戴式顯示器，包括(a)框架，其形狀像眼鏡，用于戴在觀察者的頭部，和(b)成像裝置，其通過支撐構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到所述框架，其中，所述成像裝置與所述支撐構(gòu)件構(gòu)成的組件的重心處于偏離所述支撐構(gòu)件的所述 中心轉(zhuǎn)軸的位置，并且所述成像裝置受重力而相對(duì)于所述框架轉(zhuǎn)動(dòng)，由此所述成像裝置被 水平地保持。
13.一種圖像顯示裝置，包括(A)成像裝置；(B)光學(xué)系統(tǒng)，其將從所述成像裝置射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(C)光學(xué)裝置，被所述光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成平行光的光束進(jìn)入所述光學(xué)裝置并被引導(dǎo)而從 所述光學(xué)裝置射出；和(D)支撐構(gòu)件，其相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述成像裝置， 其中，所述成像裝置受重力而相對(duì)于所述光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的所述圖像顯示裝置， 其中所述支撐構(gòu)件包括第一構(gòu)件， 第二構(gòu)件，和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，其布置在所述第一構(gòu)件與所述第二構(gòu)件之間來使所述第一構(gòu)件和所述第二 構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述成像裝置安裝到所述第一構(gòu)件，和 其中，所述光學(xué)裝置安裝到所述第二構(gòu)件。
全文摘要
一種圖像顯示裝置，包括(A)成像裝置；(B)光學(xué)系統(tǒng)，其將從成像裝置射出的光轉(zhuǎn)換成平行光；(C)光學(xué)裝置，被光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成平行光的光束進(jìn)入光學(xué)裝置，在光學(xué)裝置中光束被引導(dǎo)，并且光束被從光學(xué)裝置射出；和(D)支撐構(gòu)件，其相對(duì)于光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐至少成像裝置，其中由至少成像裝置與支撐構(gòu)件構(gòu)成的組件的重心處于偏離支撐構(gòu)件的中心轉(zhuǎn)軸的位置，并且至少成像裝置受重力而相對(duì)于光學(xué)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，由此成像裝置被水平地保持。
文檔編號(hào)G02B27/01GK102004312SQ201010261309
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者武川洋 申請人:索尼公司