本发明涉及图像光生成模块以及图像显示装置。
背景技术：
在下述专利文献1中，公开了具有射出rgb各色的图像光的3个显示元件和对从各显示元件射出的光进行合成的合成棱镜的投影仪。在该投影仪中，在各显示元件与合成棱镜之间设置用于校正倍率色像差的校正用透镜。
专利文献1：日本特开2001-066695号公报
但是，在上述投影仪中，需要在合成棱镜与各显示元件之间分别设置用于配置校正用透镜的配置用空间，因此，产生了与校正用透镜的配置空间相应地导致装置结构的大型化、或者由校正用透镜引起的重量增加这样的问题。
技术实现要素：
为了解决上述课题，根据本发明的第1方式，提供一种图像光生成模块，其特征在于，该图像光生成模块具有：第1显示元件，其射出第1图像光；第2显示元件，其射出与所述第1图像光不同色的第2图像光；第3显示元件，其射出与所述第1图像光和所述第2图像光不同色的第3图像光；合成棱镜，其射出将所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光合成后的合成图像光；第1间隔限定部件，其在所述第1显示元件和所述合成棱镜之间限定出第1间隔；第2间隔限定部件，其在所述第2显示元件和所述合成棱镜之间限定出第2间隔；以及第3间隔限定部件，其在所述第3显示元件和所述合成棱镜之间限定出第3间隔，所述第1间隔、所述第2间隔以及所述第3间隔中的至少一个间隔的大小与其他间隔的大小不同。
根据本发明的第2方式，提供一种图像光生成模块，其特征在于，该图像光生成模块具有：第1显示元件，其包含射出第1图像光的第1有效显示区域；第2显示元件，其包含射出与所述第1图像光不同色的第2图像光的第2有效显示区域；第3显示元件，其包含射出与所述第1图像光和所述第2图像光不同色的第3图像光的第3有效显示区域；以及合成棱镜，其保持所述第1显示元件、所述第2显示元件和所述第3显示元件并且射出将所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光合成后的合成图像光，所述第1有效显示区域、所述第2有效显示区域以及所述第3有效显示区域中的至少一个有效显示区域的大小与其他有效显示区域的大小不同。
根据本发明的第3方式，提供一种图像显示装置，其特征在于，该图像显示装置具有：上述第1方式或者上述第2方式的图像光生成模块；以及导光光学系统，其对从所述图像光生成模块射出的所述合成图像光进行引导。
附图说明
图1是第1实施方式的图像光生成模块的概略结构图。
图2是示意性地示出图像光生成模块的各部件的布局的图。
图3是第2实施方式的图像光生成模块的概略结构图。
图4是示出各显示元件中的有效显示区域的结构的图。
图5是说明图像光生成模块的作用的图。
图6是第3实施方式的图像光生成模块的概略结构图。
图7是示出变形例的图像光生成模块的主要部分结构的图。
图8是实施方式的头部佩戴型显示装置的说明图。
图9是示意性地示出虚像显示部的光学系统的结构的立体图。
图10是示出光学系统的光路的说明图。
标号说明
1、100、101、102：图像光生成模块；10、110：第1显示元件；11、111：第2显示元件；12、112：第3显示元件；16：第1粘接部件(第1间隔限定部件)；17：第2粘接部件(第2间隔限定部件)；18：第3粘接部件(第3间隔限定部件)；21、121：第1有效显示区域；21r、22g、23b、121r、122g、123b、121r1、122g1、123b1：像素；22、122：第2有效显示区域；23、123：第3有效显示区域；50：合成棱镜；1000：头部佩戴型显示装置；g1：第1间隔；g2：第2间隔；g3：第3间隔；ll：合成图像光；lr：红色图像光(第1图像光)；lb：蓝色图像光(第3图像光)；lg：绿色图像光(第2图像光)；p1、p2、p3：像素间距。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，使用附图对本发明的一个实施方式进行说明。
图1是本发明第1实施方式的图像光生成模块的概略结构图。
另外，在以下的各附图中，为了容易观察各结构要素，有时根据结构要素而使尺寸的比例尺不同来示出。
如图1所示，图像光生成模块1具有第1显示元件10、第2显示元件11、第3显示元件12以及合成棱镜50。
第1显示元件10包含第1有效显示区域21和第1非显示区域31。第1有效显示区域21具有生成红色光的多个像素21r，第1有效显示区域21是能够生成并射出红色波段的红色图像光(第1图像光)lr的区域。第1非显示区域31不包含像素21r，是不射出红色图像光lr的区域。
第2显示元件11包含第2有效显示区域22和第2非显示区域32。第2有效显示区域22具有射出绿色光的多个像素22g，第2有效显示区域22是能够生成并射出绿色波段的绿色图像光(第2图像光)lg的区域。第2非显示区域32不包含像素22g，是不射出绿色图像光lg的区域。
第3显示元件12包含第3有效显示区域23和第3非显示区域33。第3有效显示区域23具有射出蓝色光的多个像素23b，第3有效显示区域23是能够生成并射出蓝色波段的蓝色图像光(第3图像光)lb的区域。第3非显示区域33不包含像素23b，是不射出蓝色图像光lb的区域。
以下，在将第1显示元件10、第2显示元件11以及第3显示元件12进行统称的情况下，称为各显示元件10、11、12。
在本实施方式中，各显示元件10、11、12分别由例如顶部发光型的有机el面板构成。另外，在本实施方式中，各显示元件10、11、12除了射出的光的波段不同以外，面板的基本结构相同。因此，第1有效显示区域21、第2有效显示区域22和第3有效显示区域23具有相同的像素结构。在此，相同的像素结构是指各有效显示区域中的大小、像素数、像素间距分别相等。
第1显示元件10从第1有效显示区域21射出红色波段的红色图像光lr。红色图像光lr包含从第1有效显示区域21的多个像素21r射出的红色光。从第1显示元件10的第1有效显示区域21射出的红色图像光lr入射到合成棱镜50。另外，红色波段的峰值波长例如为630nm以上且680nm以下。
第2显示元件11射出绿色波段的绿色图像光lg。绿色图像光lg包含从第2有效显示区域22的多个像素22g射出的绿色光。从第2显示元件11的第2有效显示区域22射出的绿色图像光lg入射到合成棱镜50。另外，绿色波段的峰值波长例如为495nm以上且570nm以下。
第3显示元件12射出蓝色波段的蓝色图像光lb。蓝色图像光lb包含从第3有效显示区域23的多个像素23b射出的蓝色光。从第3显示元件12的第3有效显示区域23射出的蓝色图像光lb入射到合成棱镜50。另外，蓝色波段的峰值波长例如为450nm以上且490nm以下。
合成棱镜50由呈四棱柱状的形状的透光性部件构成。合成棱镜50具有第1入射面51、与第1入射面51的朝向相反的第3入射面53、与第1入射面51和第3入射面53垂直地相接的第2入射面52以及与第2入射面52的朝向相反的射出面54。
合成棱镜50具有第1分色镜56和第2分色镜57。第1分色镜56和第2分色镜57相互以90°的角度交叉。第1分色镜56具有反射红色图像光lr并使绿色图像光lg和蓝色图像光lb透过的特性。第2分色镜57具有反射蓝色图像光lb并使红色图像光lr和绿色图像光lg透过的特性。
第1显示元件10与第1入射面51对置配置。第2显示元件11与第2入射面52对置配置。第3显示元件12与第3入射面53对置配置。
在本实施方式中，第1显示元件10通过第1粘接部件(第1间隔限定部件)16固定在合成棱镜50的第1入射面51上。第1粘接部件16以在第1显示元件10和第1入射面51之间限定出第1间隔g1的方式，将第1显示元件10保持在合成棱镜50上。第1粘接部件16由具有透光性的透光性粘接材料(透光性部件)构成。从第1显示元件10射出的红色图像光lr透过第1粘接部件16而入射到第1入射面51。在本实施方式中，第1粘接部件16具有作为保护第1显示元件10的光射出面的保护层的功能。
第2显示元件11通过第2粘接部件(第2间隔限定部件)17固定在合成棱镜50的第2入射面52上。第2粘接部件17以在第2显示元件11和第2入射面52之间限定出第2间隔g2的方式，将第2显示元件11保持在合成棱镜50上。第2粘接部件17由具有透光性的透光性粘接材料(透光性部件)构成。从第2显示元件11射出的绿色图像光lg透过第2粘接部件17而入射到第2入射面52。在本实施方式中，第2粘接部件17具有作为保护第2显示元件11的光射出面的保护层的功能。
第3显示元件12通过第3粘接部件(第3间隔限定部件)18固定在合成棱镜50的第3入射面53上。第3粘接部件18以在第3显示元件12和第3入射面53之间限定出第3间隔g3的方式，将第3显示元件12保持在合成棱镜50上。第3粘接部件18由具有透光性的透光性粘接材料(透光性部件)构成。从第3显示元件12射出的蓝色图像光lb透过第3粘接部件18而入射到第2入射面52。在本实施方式中，第3粘接部件18具有作为保护第3显示元件12的光射出面的保护层的功能。
本实施方式的图像光生成模块1从合成棱镜50的射出面54射出将红色图像光lr、绿色图像光lg以及蓝色图像光lb合成后的合成图像光ll。
本实施方式的图像光生成模块1例如用作后述的头部佩戴型显示装置的图像显示部。图像光生成模块1在构成头部佩戴型显示装置的图像显示部的情况下，例如与透镜、导光部件等光学部件组合使用。通常，作为光学部件的构成材料的光学用玻璃材料具有波长色散。因此，由于每个波长的折射率不同，因此透过光学部件的光产生色像差。在色像差中存在成像位置因每个波长的折射率的差异而在光轴的前后方向上偏移的轴上色像差以及成像位置因每个波长的折射率的差异而在与光轴交叉的横向上偏移的倍率色像差。
特别是由于头部佩戴型显示装置具有沿着观察者的面部的形状，因此作为光学系统，使用组合了非旋转对称系统透镜的偏心光学系统，而非组合了旋转对称系统透镜的同轴光学系统。当在这样的非旋转对称系统透镜中使用玻璃透镜时，成本变高，因此通常在头部佩戴型显示装置所使用的光学系统中产生的色像差通过组合多个塑料透镜而被去除。
另一方面，头部佩戴型显示装置优选像眼镜那样小型且轻量，因此，即使在去除色像差的情况下，也希望尽可能地减少透镜的个数。因此，希望提供一种在去除色像差的情况下能够减少透镜个数的新的结构。
本实施方式的图像光生成模块1是降低光学部件的轴上色像差并且实现头部佩戴型显示装置的小型化和轻量化的图像光生成模块。以下，对用于降低光学部件的轴上色像差的图像光生成模块1的结构进行说明。
图2是示意性地示出图像光生成模块1中的各部件的布局的图。在图2中，为了简化说明，省略合成棱镜50的图示，将各显示元件10、11、12配置在直线上。另外，在图2中示出了光学部件由1个单透镜构成的情况。另外，为了容易观察各部件的位置关系，使各部件的大小不同。
在基于单透镜的轴上色像差中，越是短波长侧的光线，则被会聚得越近，越是长波长侧的光线，则被会聚得越远。因此，在使用由1个单透镜构成的光学部件2的情况下，当缩短作为短波长侧的蓝色波段的光的光路长度而延长作为长波长侧的红色波段的光的光路长度时，能够使得在视网膜m1上不产生轴上色像差。即，将蓝色波段的光相对于光学部件2的射出位置配置得较近，将红色波段的光相对于光学部件2的射出位置配置得较远即可。
在本实施方式的图像光生成模块1中，如图2所示，在沿着光学部件2的光轴2a的方向上，使红色图像光lr、绿色图像光lg以及蓝色图像光lb的射出位置不同。在本实施方式的图像光生成模块1中，通过使第1间隔g1、第2间隔g2以及第3间隔g3的大小彼此不同，来调整红色图像光lr、绿色图像光lg以及蓝色图像光lb的光路长度。
具体而言，第1间隔g1、第2间隔g2以及第3间隔g3的大小依次减小。即，第1间隔g1最大，第3间隔g3最小，第2间隔g2具有第1间隔g1与第3间隔g3之间的大小。另外，第1间隔g1、第2间隔g2以及第3间隔g3的大小根据所组合的光学部件2的轴上色像差来适当设定。
在本实施方式的图像光生成模块1中，以从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出红色图像光lr的方式配置第1显示元件10。具体而言，在图像光生成模块1中，通过使第1间隔g1相对地增大，将第1显示元件10配置在离光学部件2最远的位置处，从而延长红色图像光lr的光路长度。
另外，在本实施方式的图像光生成模块1中，以从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出蓝色图像光lb的方式配置第3显示元件12。具体而言，在图像光生成模块1中，通过使第3间隔g3相对地减小，而根据轴上色像差将第3显示元件12配置在离光学部件2最近的位置处，从而缩短蓝色图像光lb的光路长度。
另外，在本实施方式的图像光生成模块1中，以从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出绿色图像光lg的方式配置第2显示元件11。具体而言，在图像光生成模块1中，通过将第2间隔g2设为第1间隔g1和第3间隔g3之间的大小，将第2显示元件11配置在第1显示元件10和第3显示元件12之间，从而使绿色图像光lg的光路长度成为红色图像光lr和蓝色图像光lb之间的长度。
这里，作为比较例，考虑使第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3的大小彼此相等的图像光生成模块。在比较例的图像光生成模块中，由于成为红色图像光lr、绿色图像光lg和蓝色图像光lb相对于光学部件2的射出位置一致的状态，因此红色图像光lr、绿色图像光lg和蓝色图像光lb因光学部件2的轴上色像差而会聚在不同的位置，不在视网膜m1上成像。
因此，在比较例的图像光生成模块中，红色图像光lr、绿色图像光lg和蓝色图像光lb因光学部件2的轴上色像差，而不在视网膜m1上成像，因此观察者m看到的图像产生模糊。
与此相对，根据本实施方式的图像光生成模块1，通过使第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3的大小彼此不同，能够从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出红色图像光lr、绿色图像光lg和蓝色图像光lb。
由此，消除了光学部件2在视网膜m1上产生的轴上色像差，因此，从各显示元件10、11、12射出的红色图像光lr、绿色图像光lg和蓝色图像光lb经由光学部件2在观察者m的眼睛me的视网膜m1上成像。
因此，根据本实施方式的图像光生成模块1，由于红色图像光lr、绿色图像光lg以及蓝色图像光lb在视网膜m1上成像，因此能够使观察者m看到抑制了模糊的高品质的图像。
另外，根据本实施方式的图像光生成模块1，由于能够去除光学部件2的轴上色像差，因此在作为后述的头部佩戴型显示装置的图像显示部来使用的情况下，不需要用于去除光学部件2的轴上色像差的透镜。因此，根据本实施方式的图像光生成模块1，能够使透镜个数减少用于去除光学部件2的轴上色像差的透镜的个数，因此能够实现头部佩戴型显示装置的小型化以及轻量化。
(第2实施方式)
接着，使用附图对本发明第2实施方式的图像光生成模块进行说明。第1实施方式的图像光生成模块1涉及着眼于降低由光学部件引起的轴上色像差的模块，而本实施方式的图像光生成模块是降低光学部件的倍率色像差并实现头部佩戴型显示装置的小型化以及轻量化的图像光生成模块。
图3是第2实施方式的图像光生成模块的概略结构图。另外，对于与第1实施方式相同的结构以及部件标注相同的标号，并省略详细的说明。如图3所示，本实施方式的图像光生成模块101具有第1显示元件110、第2显示元件111、第3显示元件112以及合成棱镜50。第1显示元件110包含多个像素121r呈矩阵状地设置的第1有效显示区域121和第1非显示区域131。第1显示元件110的第1有效显示区域121具有多个像素121r。
第2显示元件111包含多个像素122g呈矩阵状地设置的第2有效显示区域122和第2非显示区域132。第2显示元件111的第2有效显示区域122具有多个像素122g。
第3显示元件112包含多个像素123b呈矩阵状地设置的第3有效显示区域123和第3非显示区域133。第3显示元件112的第3有效显示区域123具有多个像素123b。
以下，在将第1显示元件110、第2显示元件111以及第3显示元件112进行统称的情况下，称为各显示元件110、111、112。
在本实施方式的图像光生成模块101中，第1显示元件110通过第1粘接部件116固定在合成棱镜50的第1入射面51上。第1粘接部件116以在第1显示元件10和第1入射面51之间限定出第1间隔g11的方式，将第1显示元件10保持在合成棱镜50上。从第1显示元件110射出的红色图像光lr透过第1粘接部件116入射到第1入射面51。
第2显示元件11通过第2粘接部件117固定在合成棱镜50的第2入射面52上。第2粘接部件117以在第2显示元件111和第2入射面52之间限定出第2间隔g12的方式，将第2显示元件111保持在合成棱镜50上。从第2显示元件111射出的绿色图像光lg透过第2粘接部件117入射到第2入射面52。
第3显示元件112通过第3粘接部件118固定在合成棱镜50的第3入射面53上。第3粘接部件118以在第3显示元件112和第3入射面53之间限定出第3间隔g13的方式，将第3显示元件12保持在合成棱镜50上。从第3显示元件112射出的蓝色图像光lb透过第3粘接部件118入射到第2入射面52。
在本实施方式的图像光生成模块101中，第1间隔g11、第2间隔g12以及第3间隔g13的大小彼此相等。
图4是示出各显示元件中的有效显示区域的结构的图。
如图4所示，在本实施方式的图像光生成模块101中，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小各不相同。
第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123依次减小。即，第1有效显示区域121的面积最大，第3有效显示区域123的面积最小，第2有效显示区域122具有第1有效显示区域121和第3有效显示区域123之间的面积。第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的平面形状为矩形，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小相互具有相似关系。
另外，在本实施方式中，各显示元件110、111、112中的有效显示区域的大小彼此不同即可，可以通过使各显示元件110、111、112中的非显示区域的大小也彼此不同而使外形尺寸一致。
在本实施方式中，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的分辨率相等。即，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的像素数分别相等。
在本实施方式的图像光生成模块101中，如上所述，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小各不相同，分别具有相同的像素数。各像素121r、122g、123b的大小各不相同。各像素121r、122g、123b的大小分别具有相似关系。第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的像素间距各不相同。
在本实施方式中，各像素121r、122g、123b的大小依次减小。另外，第1有效显示区域121的像素间距p1、第2有效显示区域122的像素间距p2以及第3有效显示区域123的像素间距p3的大小依次减小。第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的各像素间距p1、p2、p3的大小的比率按照与第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123各自的大小对应的比率变化。另外，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的各像素间距p1、p2、p3的大小的比率也可以以与第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123各自的大小相同的比率变化。
以下，对本实施方式的图像光生成模块101的作用进行说明。
图5是用于说明本实施方式的图像光生成模块101的作用的图。另外，在图5中示出光学部件由1个单透镜构成的情况。
在单透镜的倍率色像差中，越是短波长侧的光线，则越被会聚在光轴的附近，越是长波长侧的光线，则越被会聚在远离光轴的位置。因此，在使用由1个单透镜构成的光学部件2的情况下，当从接近光学部件2的光轴2a的位置射出作为短波长侧的蓝色波段的光并且从远离光学部件2的光轴2a的位置射出作为长波长侧的红色波段的光时，能够使得在视网膜m1上不产生倍率色像差。即，将蓝色波段的光相对于光学部件2的射出位置设定在光轴2a的附近位置，将红色波段的光相对于光学部件2的射出位置配置在远离光轴2a的位置即可。
在本实施方式的图像光生成模块101中，如图5所示，在使用由1个单透镜构成的光学部件2的情况下，在与光学部件2的光轴2a垂直的方向上，使红色像素光lr1、绿色像素光lg1以及蓝色像素光lb1的射出位置错开。本实施方式的图像光生成模块101通过使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小彼此不同，来调整红色像素光lr1、绿色像素光lg1以及蓝色像素光lb1的射出位置。另外，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小根据所组合的光学部件2的轴上色像差来适当设定。
具体而言，在本实施方式的图像光生成模块101中，第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小依次减小，使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的各像素间距p1、p2、p3的大小的比率以与第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123各自的大小相同的比率变化。
在以下说明中，将从第1有效显示区域121的多个像素121r中的某个像素121r1射出的光设为红色像素光lr1。另外，将从第2有效显示区域122的多个像素122g中的1个像素122g1射出的光设为绿色像素光lg1。另外，将从第3有效显示区域123的多个像素123b中的1个像素123b1射出的光设为蓝色像素光lb1。
这些像素121r1、122g1、123b1是相互对应的像素。在此，所谓相互对应的像素，是指通过合成红色像素光lr1、绿色像素光lg1以及蓝色像素光lb1而生成合成图像光ll的1个像素的关系。另外，在以下的说明中，以像素121r1、122g1、123b1为例进行说明，但对于从其他对应的像素射出的像素光，也可以说是同样的情况。
本实施方式的图像光生成模块101具有以从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出红色像素光lr1的方式设定第1有效显示区域121的大小的第1显示元件110。具体而言，图像光生成模块101通过使第1显示元件110的第1有效显示区域121相对地增大，使红色像素光lr1从离光轴2a最远的位置射出。
此外，本实施方式的图像光生成模块101具有以从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出蓝色像素光lb1的方式设定第3有效显示区域123的大小的第3显示元件112。具体而言，图像光生成模块101通过使第3显示元件112的第3有效显示区域123相对地减小，使蓝色像素光lb1从最接近光轴2a的位置射出。
另外，在本实施方式的图像光生成模块101中，具有以从在视网膜m1上不产生轴上色像差的位置射出绿色像素光lg1的方式设定第2有效显示区域122的大小的第2显示元件111。具体而言，图像光生成模块101通过使第2有效显示区域122的大小成为第1有效显示区域121与第3有效显示区域123之间的大小，使绿色像素光lg1从蓝色像素光lb1与红色像素光lr1之间的位置射出。
这里，作为比较例，考虑使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小彼此相等的图像光生成模块。
在比较例的图像光生成模块中，成为红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1的射出位置一致的状态，因此成为红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1因光学部件2的倍率色像差而会聚在不同的位置，并在视网膜m1上的不同位置成像的状态。
因此，在比较例的图像光生成模块中，红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1因光学部件2的倍率色像差而在视网膜m1上的不同位置成像，在观察者m看到的图像中产生渗色。
与此相对，根据本实施方式的图像光生成模块101，通过使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122和第3有效显示区域123的大小彼此不同，能够从在视网膜m1上不产生倍率色像差的位置射出红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1。由此，消除了在视网膜m1上产生的光学部件2的倍率色像差，因此，从各显示元件110、111、112射出的红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1经由光学部件2在观察者m的眼睛me的视网膜m1上良好地成像。如上所述，对于从对应的其他各像素121r、122g、123b射出的红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1，也在视网膜m1上成像。
因此，根据本实施方式的图像光生成模块101，红色像素光lr1、绿色像素光lg1和蓝色像素光lb1在视网膜m1上成像，因此能够使观察者m看到抑制了渗色的高品质的图像。
另外，根据本实施方式的图像光生成模块101，由于能够去除光学部件2的倍率色像差，因此在作为后述的头部佩戴型显示装置的图像显示部而使用的情况下，不需要用于去除光学部件2的倍率色像差的透镜。因此，根据本实施方式的图像光生成模块101，能够使透镜个数减少用于去除光学部件2的倍率色像差的透镜的个数，因此能够实现头部佩戴型显示装置的小型化以及轻量化。
(第3实施方式)
接着，使用附图对本发明第3实施方式的图像光生成模块进行说明。本实施方式的图像光生成模块是着眼于降低由导光光学系统引起的轴上色像差和倍率色像差双方的光学模块。即，本实施方式的图像光生成模块具有组合了第1实施方式和第2实施方式的结构。
图6是第3实施方式的图像光生成模块的概略结构图。另外，对于与上述实施方式相同的结构以及部件标注相同的标号，并省略详细的说明。如图6所示，本实施方式的图像光生成模块102具有第1显示元件110、第2显示元件111、第3显示元件112以及合成棱镜50。第1显示元件110具有多个像素121r呈矩阵状地设置的第1有效显示区域121。
在本实施方式中，第1显示元件110通过第1粘接部件16固定在合成棱镜50的第1入射面51上。第1粘接部件16以在第1显示元件110和第1入射面51之间限定出第1间隔g1的方式，将第1显示元件110保持在合成棱镜50上。从第1显示元件110射出的红色图像光lr透过第1粘接部件16而入射到第1入射面51。
第2显示元件111通过第2粘接部件17固定在合成棱镜50的第2入射面52上。第2粘接部件17以在第2显示元件111和第2入射面52之间限定出第2间隔g2的方式，将第2显示元件111保持在合成棱镜50上。从第2显示元件111射出的绿色图像光lg透过第2粘接部件17而入射到第2入射面52。
第3显示元件112通过第3粘接部件18固定在合成棱镜50的第3入射面53上。第3粘接部件18以在第3显示元件112和第3入射面53之间限定出第3间隔g3的方式，将第3显示元件112保持在合成棱镜50上。从第3显示元件112射出的蓝色图像光lb透过第3粘接部件18而入射到第2入射面52。
在本实施方式的图像光生成模块102中，通过使第1间隔g1、第2间隔g2以及第3间隔g3的大小依次减小，能够生成降低了由光学部件2的轴上色像差引起的模糊的图像。
此外，在本实施方式的图像光生成模块102中，通过使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的大小依次减小，能够生成降低了由光学部件2的倍率色像差引起的渗色的图像。
因此，根据本实施方式的图像光生成模块102，能够生成降低了由光学部件2的轴上色像差和倍率色像差引起的模糊和渗色的优异画质的图像。
另外，根据本实施方式的图像光生成模块102，由于能够使透镜个数减少用于去除光学部件2的轴上色像差和倍率色像差的透镜的个数，因此能够实现头部佩戴型显示装置的进一步的小型化和轻量化。
接着，对图像光生成模块的变形例进行说明。
图7是示出变形例的图像光生成模块的主要部分结构的图。图7是示出变形例的第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的平面形状的图。
在本实施方式中，列举了将第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的平面形状设为矩形的情况，但如图7所示，也可以将第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的平面形状设为除了正方形、长方形等四边形以外还包含扇形等的不规则形状。这样，通过使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的平面形状为不规则形状，能够得到校正在图像中产生的畸变的效果。根据本变形例，由于使第1有效显示区域121、第2有效显示区域122以及第3有效显示区域123的平面形状为不规则形状，因此能够抑制通过图像处理校正畸变时那样的像素数的减少。因此，根据本变形例，能够生成不减少像素数地校正了畸变的优质的图像。
(第4实施方式)
以下，使用附图对本发明的第4实施方式进行说明。
在上述第1实施方式至第3实施方式中说明的图像光生成模块用于以下说明的图像显示装置。
图8是本实施方式的头部佩戴型显示装置1000的说明图。图9是示意性地示出图8所示的虚像显示部的光学系统的结构的立体图。图10是示出图9所示的光学系统的光路的说明图。
如图8所示，本实施方式的头部佩戴型显示装置(图像显示装置)1000构成为透视型的眼镜显示器，具有在左右具备镜腿1111、1112的框架1110。在头部佩戴型显示装置1000中，虚像显示部1010被框架1110支承，令使用者将从虚像显示部1010射出的图像识别为虚像。在本实施方式中，头部佩戴型显示装置1000具有左眼用显示部1101和右眼用显示部1102来作为虚像显示部1010。左眼用显示部1101和右眼用显示部1102以相同的结构左右对称地配置。
在以下的说明中，以左眼用显示部1101为中心来进行说明，省略对右眼用显示部1102的说明。
如图9和图10所示，在头部佩戴型显示装置1000中，左眼用显示部1101具有：图像光生成模块100；以及导光系统(导光光学系统)1030，其将从图像光生成模块100射出的合成图像光ll向射出部1058引导。在图像光生成模块100与导光系统1030之间配置有投射透镜系统1070，从图像光生成模块100射出的合成图像光ll经由投射透镜系统1070入射到导光系统1030。投射透镜系统1070由具有正的屈光力的1个准直透镜构成。本实施方式的图像光生成模块100例如为了降低由投射透镜系统1070引起的色像差，采用第1实施方式的结构。
具体而言，图像光生成模块100具有合成棱镜50以及与合成棱镜50的4个面中的3个面对置设置的3个显示元件10、11、12。本实施方式的图像光生成模块100从合成棱镜50的射出面54射出合成了红色图像光lr、绿色图像光lg以及蓝色图像光lb的合成图像光ll。
导光系统1030具有：透光性的入射部1040，合成图像光ll入射到该入射部1040；以及透光性的导光部1050，其一端1051侧与入射部1040连接。在本实施方式中，入射部1040和导光部1050由一体的透光性部件构成。
入射部1040具有：入射面1041，从图像光生成模块100射出的合成图像光ll入射到该入射面1041；以及反射面1042，从入射面1041入射的合成图像光ll在反射面1042与入射面1041之间反射。入射面1041由平面、非球面或自由曲面等构成，隔着投射透镜系统1070与图像光生成模块100对置。投射透镜系统1070以与入射面1041的端部1412之间的间隔比与入射面1041的端部1411之间的间隔大的方式倾斜地配置。
在入射面1041上没有形成反射膜，而对以临界角以上的入射角入射的光进行全反射。因此，入射面1041具有透光性和光反射性。反射面1042由与入射面1041对置的面构成，并以使端部1422比入射面1041的端部1421更远离入射面1041的方式倾斜地配置。因此，入射部1040具有大致三角形的形状。反射面1042由平面、非球面或自由曲面等构成。反射面1042具有形成有以铝、银、镁、铬等为主成分的反射性的金属层的结构。
导光部1050具有：第1面1056(第1反射面)，其从一端1051朝向另一端1052侧延伸；第2面1057(第2反射面)，其与第1面1056平行地对置并从一端1051侧朝向另一端1052侧延伸；以及射出部1058，其设置于第2面1057的从入射部1040隔开的部分。第1面1056和入射部1040的反射面1042经由斜面1043连接。第1面1056和第2面1057的厚度比入射部1040薄。第1面1056和第2面1057基于导光部1050与外界(空气)的折射率差而对以临界角以上的入射角入射的光进行全反射。因此，在第1面1056和第2面1057上未形成反射膜。
在导光部1050的厚度方向的第2面1057侧的一部分构成射出部1058。在射出部1058中，相对于第2面1057的法线方向倾斜的多个部分反射面1055相互平行地配置。射出部1058是第2面1057中的与多个部分反射面1055重叠的部分，是在导光部1050的延伸方向上具有规定的宽度的区域。多个部分反射面1055分别由电介质多层膜构成。并且，多个部分反射面1055中的至少1个也可以是电介质多层膜和以铝、银、镁、铬等为主成分的反射性的金属层(薄膜)的复合层。在部分反射面1055包含金属层的情况下，具有提高部分反射面1055的反射率的效果或者能够使部分反射面1055的透射率及反射率的入射角依赖性或偏振依赖性适当化的效果。另外，对于射出部1058，也可以是设置有衍射光栅或全息元件等光学元件的方式。
在上述结构的头部佩戴型显示装置1000中，由从入射部1040入射的平行光构成的合成图像光ll在入射面1041上折射并朝向反射面1042。接着，合成图像光ll被反射面1042反射而再次朝向入射面1041。此时，由于合成图像光ll以临界角以上的入射角入射到入射面1041，所以被入射面1041朝向导光部1050反射而朝向导光部1050。另外，在入射部1040中，采用了作为平行光的合成图像光ll入射到入射面1041的结构，但也可以采用如下的结构：由自由曲面等构成入射面1041和反射面1042，作为非平行光的合成图像光ll在入射到入射面1041之后，在反射面1042与入射面1041之间反射的期间被变换为平行光。
在导光部1050中，合成图像光ll在第1面1056与第2面1057之间反射并行进。入射到部分反射面1055的合成图像光ll的一部分被部分反射面1055反射并从射出部1058朝向观察者的眼睛e射出。并且，入射到部分反射面1055的合成图像光ll的剩余部分透过部分反射面1055并入射到相邻的下一个部分反射面1055。因此，在多个部分反射面1055上分别反射的合成图像光ll从射出部1058朝向观察者的眼e射出。由此，观察者能够识别虚像。
此时，从外界入射到导光部1050的光在入射到导光部1050之后，透过部分反射面1055并到达观察者的眼睛e。因此，观察者能够看到从图像光生成模块100射出的彩色图像，并且能够以透视状态看到外界的景色等。
本实施方式的头部佩戴型显示装置1000具有采用了第1实施方式的图像光生成模块1的构造的图像光生成模块100，因此能够显示抑制了由投射透镜系统1070的轴上色像差引起的模糊的高品质的图像。
在第4实施方式的头部佩戴型显示装置1000中，举出了使用导光部1050作为导光系统1030的情况为例，但也可以应用于代替导光部1050而使用由衍射元件或半透反射镜构成的投射光学系统的情况。
另外，在本实施方式中，举出了通过图像光生成模块100降低由投射透镜系统1070引起的色像差的情况为例，但也可以组合能够在将合成图像光ll引导到观察者m的眼睛me为止的光路上校正色像差的光学部件。在与这样的具有色像差校正功能的光学部件组合的情况下，关于第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3的大小关系，也可以是，与第1实施方式中说明的g1＞g2＞g3的关系不同的关系成立。
另外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更。
例如，在上述实施方式中例示的图像光生成模块和图像显示装置的各构成要素的材料、数量、配置、形状等具体的结构能够适当变更。
此外，在第1实施方式中，举出了在合成棱镜50与各显示元件10、11、12之间设置第1粘接部件16、第2粘接部件17和第3粘接部件18来限定出第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3的情况为例，然而，限定间隔g1、g2、g3的方法不限于此。
例如，可以是，第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3由设置在合成棱镜50与各显示元件10、11、12之间的间隙(即，空气层)构成。
另外，可以是，第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3由夹持在合成棱镜50与各显示元件10、11、12之间并且构成保护各显示元件10、11、12的光射出面的保护部件的玻璃板或塑料板构成。
另外，可以是，限定出第1间隔g1、第2间隔g2以及第3间隔g3的第1间隔限定部件～第3间隔限定部件例如由相互一体的部件构成。
另外，可以是，第1间隔g1、第2间隔g2和第3间隔g3是夹持在合成棱镜50与各显示元件10、11、12之间的间隔部件。
另外，在上述实施方式中，作为头部佩戴型显示装置1000，举出了通过导光系统1030对从图像光生成模块100射出的合成图像光ll进行引导的情况为例，但也能够应用于通过使用了体积全息元件的投射光学系统将合成图像光ll引导至观察者m的眼睛me的方式。
另外，在上述实施方式中，举出了各显示元件10、11、12或各显示元件110、111、112由有机el面板构成的情况，但各显示元件不限于有机el面板，也可以由无机el面板、微型led面板等自发光型面板或具有背光源的液晶面板构成。
并且，作为具有在上述实施方式中说明的图像光生成模块的图像显示装置的例子，可以举出在摄像机或静态照相机等摄像装置中使用的电子式取景器(evf：electronicviewfinder)等。
1.一种图像光生成模块，其特征在于，该图像光生成模块具有：
第1显示元件，其射出第1图像光；
第2显示元件，其射出与所述第1图像光不同色的第2图像光；
第3显示元件，其射出与所述第1图像光和所述第2图像光不同色的第3图像光；
合成棱镜，其射出将所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光合成后的合成图像光；
第1间隔限定部件，其在所述第1显示元件和所述合成棱镜之间限定出第1间隔；
第2间隔限定部件，其在所述第2显示元件和所述合成棱镜之间限定出第2间隔；以及
第3间隔限定部件，其在所述第3显示元件和所述合成棱镜之间限定出第3间隔，
所述第1间隔、所述第2间隔以及所述第3间隔中的至少一个间隔的大小与其他间隔的大小不同。
2.根据权利要求1所述的图像光生成模块，其特征在于，
所述第1间隔限定部件、所述第2间隔限定部件以及所述第3间隔限定部件中的至少一个由透光性部件构成。
3.根据权利要求1或2所述的图像光生成模块，其特征在于
所述第1间隔限定部件、所述第2间隔限定部件以及所述第3间隔限定部件中的至少一个限定出所述合成棱镜与所对应的显示元件之间的空气层的厚度。
4.根据权利要求1所述的图像光生成模块，其特征在于，
在所述第1图像光是红色波段的光、所述第2图像光是绿色波段的光、所述第3图像光是蓝色波段的光的情况下，间隔按照所述第1间隔、所述第2间隔以及所述第3间隔的顺序减小。
5.一种图像光生成模块，其特征在于，该图像光生成模块具有：
第1显示元件，其包含射出第1图像光的第1有效显示区域；
第2显示元件，其包含射出与所述第1图像光不同色的第2图像光的第2有效显示区域；
第3显示元件，其包含射出与所述第1图像光和所述第2图像光不同色的第3图像光的第3有效显示区域；以及
合成棱镜，其保持所述第1显示元件、所述第2显示元件和所述第3显示元件并且射出将所述第1图像光、所述第2图像光和所述第3图像光合成后的合成图像光，
所述第1有效显示区域、所述第2有效显示区域以及所述第3有效显示区域中的至少一个有效显示区域的大小与其他有效显示区域的大小不同。
6.根据权利要求5所述的图像光生成模块，其特征在于，
在所述第1图像光是红色波段的光、所述第2图像光是绿色波段的光、所述第3图像光是蓝色波段的光的情况下，按照所述第1有效显示区域、所述第2有效显示区域以及所述第3有效显示区域的顺序减小。
7.根据权利要求6所述的图像光生成模块，其特征在于，
所述第1有效显示区域、所述第2有效显示区域以及所述第3有效显示区域分别包含多个像素，
所述第1有效显示区域、所述第2有效显示区域以及所述第3有效显示区域的各像素间距的大小的比率按照与所述第1有效显示区域、所述第2有效显示区域以及所述第3有效显示区域各自的大小对应的比率变化。
8.一种图像显示装置，其特征在于，该图像显示装置具有：
权利要求1至7中的任意一项所述的图像光生成模块；以及
导光光学系统，其对从所述图像光生成模块射出的所述合成图像光进行引导。
技术总结