[发明专利]视觉显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及能通过双眼进行观察的视觉显示装置。

背景技术

关于视觉显示装置例如已知专利文献1～专利文献4中的技术。

专利文献1记载的视觉显示装置采用如下配置，即第1反射面与2维图像显示元件相对，第2反射面与眼点相对，并且将第1反射面和2维图像显示元件连接的光轴与将第2反射面和眼点连接的光轴交叉。本视觉显示装置通过采用这种配置，从而整体尺寸变得紧凑，目镜光学系统内的光亮降低度小，而且能在宽的视场角内对像差进行良好校正。

另外，根据专利文献2、3公开了如下的视觉显示装置，使具有特定形状的2个反射面彼此相对，从一个方向观察配置于另一方向的物体，从而能观察真实的物体虚像。

另外，专利文献4公开了通过将2个凹面镜相对于物体配置于特定位置，从而相对于观察者在空间上形成物体的3维像的视觉显示装置以及能把3维像与通过录像带放映出的视频合成的视觉显示装置。

【专利文献】

【专利文献1】日本专利第3486465号公报

【专利文献2】日本专利第3092162号公报

【专利文献3】美国专利第4802750号说明书

【专利文献4】美国专利第5311357号说明书

在专利文献1～专利文献4所述的视觉显示装置中，没有详细提及双眼观察时的问题点。在专利文献1所述的视觉显示装置中，仅公开了尝试双眼观察时，通过在单只眼上配置由显示元件和目镜光学系统构成的一组显示单元，使用2组这样的显示单元来进行观察的内容，没有任何有关双眼观察时产生的问题点的内容。

另外，专利文献2是将装置内的多个显示面投影于装置外的不同空间的光学系统。专利文献3、专利文献4也涉及将装置内的显示面和物体投影于装置外与观察者之间的空间的光学系统，没有任何关于双眼观察时的问题点的特别描述。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中通过双眼进行观察的视觉显示装置的问题点而完成的，其目的在于提供一种通过1个2维图像显示面在能通过双眼观察的远方显示虚像，使虚像的可见度与双眼观察时的集合大致一致，从而能抑制观察者的眼部疲劳的视觉显示装置。

为了达成上述目的，本发明的视觉显示装置由显示观察像的1个2维图像显示面和形成用于把上述观察像引导至观察者的双眼的2个眼点的目镜光学系统构成，其特征在于，上述目镜光学系统至少包括具有第1反射面的第1光学元件和具有第2反射面的第2光学元件，该视觉显示装置被配置成，按照从上述眼点至2维显示面的反向追踪的光路顺序，上述第1反射面与上述眼点相对，并且该视觉显示装置被配置成，上述第2反射面与上述2维图像显示面相对，并且将上述第1反射面和上述眼点相连接的光轴与将上述第2反射面和上述2维图像显示面相连接的光轴交叉，上述第1反射面和上述第2反射面都具有正的屈光力，基于可见度的虚像位置与基于集合的虚像位置的可见度之差S(m^-1)大致一致。

说明一下该构成的作用。通常的方法是使用具有正屈光力的大型透射透镜或菲涅耳透镜来放大较小的显示面来进行观察，而在通过直线来确保光路长度的情况下，存在装置在纵深方向变得大型的问题。虽然采用偏心光路使光路弯折也能实现小型化，然而这种情况下观察者与显示面会产生干涉而使偏心角度变大，产生较大的偏心像差，无法观察到较宽的眼点和高精度的视频。

以往存在在双眼分别配置目镜光学系统和显示元件来提供观察像的所谓HMD(Head Mount Display，头戴显示器)那样的视觉显示装置，而在这种提供能通过双眼观察的像的视觉显示装置中，在采取偏心光路的情况下无法忽视目镜光学系统的偏心像差。

在通过双眼进行观察的本发明这样的光学系统的情况下，由于人类的瞳距为55～66mm，因此使满足这种条件的宽眼点不存在像差是不可能的，会产生某种程度的像差。由于在两个眼点之间发生这样的像差，因此产生基于幅楱的虚像位置。另一方面，观察视频的瞳孔直径大约为4mm，像差导致的像的恶化较少，基于可见度的虚像位置的变化也较少，因而会产生基于可见度与基于集合的虚像位置的差异。这种基于可见度的虚像位置与基于集合的虚像位置的差异就成为观察图像的观察者眼部疲劳的原因。

本发明使用2面的反射面并采用交叉光路，而且构成为2个反射面都为具有正屈光力的反射面，从而既能实现装置小型化，又能避免显示面与观察者的干扰，能通过较宽的眼点提供广角且高精度的观察像，在这种视觉显示装置中，通过使基于可见度的虚像位置与基于集合的虚像位置大致一致，从而能提供对于观察者而言眼部疲劳较少的观察像。