JP2017120298A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の軽量化・小型化を図りつつ、両眼視における左右の画像表示のズレを抑制できる虚像表示装置を提供すること。
【解決手段】フレーム部１０２において、肉厚構造の中央部１０２ａを、第１導光部である第１光学部材１０１ａと第２導光部である第２光学部材１０１ｂとの間において双方に接続するように設け、中央部１０２ａにより第１光学部材１０１ａと第２光学部材１０１ｂとの相対的位置を固定するものとすることで、フレーム部１０２の軽量化・小型化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示素子等によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置として、左右一対の表示装置を設けて両眼に映像光をそれぞれ投影する両眼タイプのものが知られている（特許文献１〜３参照）。この場合、両眼視の際に左右の画像表示の位置ズレが著しくなる（例えば数画素分以上のズレが生じる）と、観察者は左右の画像をぴったり合ったものとして認識できず映像を視聴し続けることが困難となるおそれがある。したがって、両眼タイプの虚像表示装置においては、左右一対の表示装置について右眼用と左眼用との相対的な位置ズレが大きくならないように、しっかりと位置決め固定され、各部の組付け後において製品の歪み等が発生しないよう十分な強度を有していることが非常に重要となる。

このため、例えば特許文献１、２では、右眼用の表示装置と左眼用の表示装置とを金属製のフレームの略一箇所にそれぞれ集中して組み付け（例えば特許文献１の図７参照）、光学系としての精度を維持させつつ、左右での画像表示の位置ズレを抑制している。すなわち、金属製のフレームに精度と強度を担わせることで、左右一対の表示装置の位置ズレを防止している。

一方で、虚像表示装置は、観察者が装着するものであるところ、軽量化や小型化の要請も強い。しかしながら、上記のように例えば金属製のフレームにおいて十分な精度と強度を維持させようとすると、フレーム部分の軽量化や小型化については自ずと制限されることになる。

特開２０１４−９２６９６号公報 特開２０１４−１６０１１２号公報 特開２０１０−４８９９８号公報

本発明は、装置全体の軽量化・小型化を図りつつ、両眼視における左右の画像表示のズレを抑制できる虚像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る虚像表示装置は、左右の眼に対応して一対で設けられて映像光をそれぞれ導光して視認させる第１及び第２導光部と、第１導光部と第２導光部との双方に接続して設けられて第１導光部と第２導光部との相対的位置を固定する肉厚構造の中央部を含むフレーム部と、を備える。

上記虚像表示装置では、フレーム部において、肉厚構造の中央部を、第１導光部と第２導光部との間において双方に接続するように設け、この中央部により第１導光部と第２導光部との相対的位置を固定するものとすることができることで、例えばフレーム部によって一元的に光学系全体の支持固定を担う構成に比べてフレーム部の軽量化・小型化延いては装置全体の軽量化・小型化を図ることができ、かつ、中央部によって両眼視における左右の画像表示のズレを抑制できる。

本発明の具体的な側面では、第１及び第２導光部は、中央部に向かって延びる先端側に突起部をそれぞれ有し、中央部は、第１及び第２導光部の突起部を挟持して固定しつつ肉厚構造を形成している。この場合、第１及び第２導光部の突起部を挟持して固定することで肉厚構造を形成し、中央部において左右の画像表示のズレ抑制のための十分な組付け強度を維持させることができる。

本発明の別の側面では、フレーム部は、中央部から第１及び第２導光部に沿って延びる支持体を有し、支持体は、第１及び第２導光部の根元側にそれぞれ対応する第１及び第２周辺部を形成し、第１及び第２導光部は、支持体の第１及び第２周辺部にそれぞれ接続して固定されている。この場合、各導光部を、装着時に鼻に近い中央側と耳に近い周辺側との離間した２カ所で固定できるので、さらなる左右の画像表示のズレ抑制を図ることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部は、根元側において、映像素子からの映像光を第１及び第２導光部に入射させる第１及び第２投射レンズをそれぞれ収納する第１及び第２鏡筒部にそれぞれ接続され、第１及び第２鏡筒部を介してフレーム部とそれぞれ接続して固定されている。この場合、第１及び第２鏡筒部を介して第１及び第２導光部をフレーム部に対して固定させることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部は、導光方向に垂直な方向に厚みを有して複数面を形成し、複数面での全反射により映像光を導光する。この場合、複数面での全反射により映像光を導光により虚像による映像を観察者に視認させることができる。また、導光方向に垂直な方向に厚みを有することで、上記態様において必要に足る画角の画像を形成可能とするとともに、第１及び第２導光部も装置全体の強度を保たせるものとして機能させることができる。

本発明のさらに別の側面では、中央部は、第１及び第２導光部をネジ止め固定するネジ止め固定部を有する。この場合、ネジ止め固定により強固な固定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、ネジ止め固定部は、第１及び第２導光部を挟持して固定するための固定面を形成する板状の保持金具を有する。この場合、板状の保持金具により、面的に押さえて固定できるので、十分な強度の固定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、保持金具は、第１及び第２導光部の配置に応じて左右均等に広がる形状を有している。この場合、第１及び第２導光部を均等に面的に押さえて固定することができる。

本発明のさらに別の側面では、保持金具は、第１及び第２導光部のうち中央部に向かって延びる先端側に形成される突起部の面に当接する。この場合、突起部の面を面的に押さえて固定することができる。

本発明のさらに別の側面では、ネジ止め固定部は、複数のネジ止め孔を有し、第１及び第２導光部は、複数のネジ止め孔に対応するＵ字構造のネジ止め部をそれぞれ有する。この場合、ネジ止め部をＵ字構造とすることで、例えば第１及び第２導光部に必要なコート処理を行うに際してネジ止め部で液だれが発生することを抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、ネジ止め固定部は、３か所以上のネジ止め孔を有する。この場合、面的な作用で固定できるので、十分な強度の固定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、ネジ止め固定部は、第１及び第２導光部を各１点の計２点で固定し他の１点をフレーム部の中央の１点で固定する３点止めのための３か所のネジ止め孔を有する。この場合、導光部の組付けにおいて、容易かつ確実な位置決め固定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部は、映像光と外界光とを重複してそれぞれ視認させる。この場合、シースルーによる視認が可能となる。

本発明のさらに別の側面では、フレーム部は、中央部から第１及び第２導光部に沿って延びる支持体としてマグネシウムフレームを有する。この場合、軽量で十分な強度のフレーム部を構成できる。

実施形態に係る虚像表示装置の一例の外観を説明する斜視図である。 （Ａ）は、虚像表示装置の正面図であり、（Ｂ）は、側方断面図である。 （Ａ）は、虚像表示装置の平面図であり、（Ｂ）は、底面図である。 虚像表示装置の側方断面について一部拡大した一例を示す図である。 映像光の光路について概念的に説明する図である。 （Ａ）は、位置ズレのない場合の画像の認識について概念的に説明する図であり、（Ｂ）は、位置ズレがある場合の画像の認識について概念的に説明する図である。 虚像表示装置の側方断面について一部拡大した他の一例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、フレーム部の中央部の構造について説明するための図である。 フレーム部の中央部の構造について別の角度から見た図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、フレーム部の中央部における導光部の接続について概念的に説明するための図である。 導光部の鏡筒部への組付けについて説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、導光部及び鏡筒部のフレーム部への組付けについて説明するための図である。

以下、図１等を参照しつつ、本発明に係る虚像表示装置の一実施形態について詳細に説明する。

図１、図２（Ａ）、２（Ｂ）、図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂと、フレーム部１０２とを備える。

第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、右眼用と左眼用の虚像をそれぞれ形成する部分であり、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとをそれぞれ備える。第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂについては、後述するが、鏡筒部３９に収納される投射レンズ３０（例えば図３（Ｂ）、図１１等参照）等の像形成のための光学系や表示装置（映像素子）等でそれぞれ構成されている。第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる導光部であり、導光装置を構成している。以下、第１光学部材１０１ａまたは第２光学部材１０１ｂを導光装置２０ともする。なお、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、単独でも虚像表示装置として機能する。

フレーム部１０２は、Ｕ字状に折れ曲がった細長い部材であり、金属製の一体部品である。ここでは一例として、フレーム部１０２は、マグネシウム合金で構成されている、すなわち、フレーム部１０２は、金属製の一体部品であるマグネシウムフレームを本体部分１０２ｐとして構成されている。また、フレーム部１０２は、図示のように、第１光学部材１０１ａと第２光学部材１０１ｂ（一対の導光部である導光装置２０）との双方に接続して設けられる肉厚構造の中央部１０２ａと、中央部１０２ａから第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂに沿って延び、さらに、Ｕ字状に折れ曲がった箇所を形成する支持体１０２ｂとを有している。なお、この場合、支持体１０２ｂは、マグネシウムフレームによって構成されていることになる。

中央部１０２ａは、第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂの先端側を挟持することにより、これらの相対的位置を固定している。これに加えて、支持体１０２ｂは、Ｕ字状に折れ曲がる部分である第１及び第２周辺部１０２ｃ，１０２ｄを形成し、第１及び第２周辺部１０２ｃ，１０２ｄにおいて第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂとそれぞれ接続する（組み付けられている）ことで、互いの固定をさらに強固なものとしている。なお、上記では、一例として、フレーム部１０２をマグネシウムフレームで構成するものとしているが、これに限らず例えばアルミニウム等を主体としてフレーム部１０２を形成するものとしてもよい。

なお、フレーム部１０２の左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が設けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接させ支持するものにできる。また、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂは、フレーム部１０２からテンプル１０４の部分に付加されているものとしてもよい。

なお、図４に示すように、フレーム部１０２と導光装置２０との間に設けた空間内に、各種信号送信や電力供給のための配線用部材ＰＦが収納されている。配線用部材ＰＦは、例えば板状部材ＦＦ等により仕切られることで光学系を構成する部材やこれらを組み付ける部材等と直接的に接触しないものとすることができる。また、板状部材ＦＦは、遮光部材としても機能し、導光装置２０における映像光の導光に際して、意図しない光が入り込み、迷光（漏れ光）等となって視認されてしまう、といった事態が生じることを抑制している。

以下、図５を参照して、虚像表示装置１００による映像光の導光をするための構造等についての一例を概念的に説明する。なお、映像光の導光を行うための装置は、既述のように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂ（図１等参照）であるが、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂとは、左右対称で同等の構造を有するため、第１表示装置１００Ａについてのみ説明し、第２表示装置１００Ｂについては説明を省略する。図５に示すように、第１表示装置１００Ａは、映像光を形成する画像表示装置８０と、鏡筒部３９に収納される結像用の投射レンズ３０と、画像表示装置８０及び投射レンズ３０を経た映像光を導光する導光装置２０（第１光学部材１０１ａ）と、を備える。導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。

画像表示装置８０は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子構成される映像表示素子（映像素子）とすることができる。また、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子（映像素子）のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置（不図示）や動作を制御する駆動制御部（不図示）を有する構成としてもよい。

投射レンズ３０は、構成要素として、例えば入射側光軸ＡＸに沿って並ぶ複数（例えば３つ）の光学素子（レンズ）を備える投射光学系であり、これらの光学素子が既述のように、鏡筒部３９によって収納・支持されている。なお、当該光学素子は、例えば非軸対称な非球面（非軸対称非球面）と軸対称な非球面（軸対称非球面）との双方を含む非球面レンズで構成することで、導光部材１０の一部と協働して導光部材１０の内部に表示像に対応する中間像を形成するものとすることができる。投射レンズ３０は、画像表示装置８０で形成された映像光を導光装置２０に向けて投射し入射させる。

導光装置２０は、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。導光部材１０は、プリズム型の導光装置２０の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第１導光部分１１と光入射側の第２導光部分１２とに分けて捉えることができる。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。導光装置２０は、例えば鏡筒部３９にネジ止めされることにより、投射レンズ３０に対して精度よく位置決め固定されている。なお、鏡筒部３９については、黒色の樹脂製とすることが考えられる。

導光部材１０は、光学的な機能を有する側面として、第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５を有している。これらのうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置されている。第２面Ｓ１２の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）であり、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成され映像光に対する反射率が適宜設定されている。

以下、図５を参照して映像光（ここでは映像光ＧＬとする。）の光路について概略説明する。導光部材１０は、投射レンズ３０から映像光ＧＬを入射させるとともに第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズ３０からの映像光ＧＬは、まず、第４面Ｓ１４に入射して第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して全反射され、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼又はその等価位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光により画像を観察することになる。

光透過部材５０は、既述のように導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっており、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）である。光透過部材５０は、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。第２透過面Ｓ５２は、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、第２面Ｓ１２に対して接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。

導光装置２０は、上述したように導光部材１０により観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材１０と光透過部材５０との協働により観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。すなわち、視認させるべき外界像を構成する成分光としての外界光のうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するものは、第１導光部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面（視度略０）となっていることで、収差等をほとんど生じない。また、外界光のうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等を生じない。さらに、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。以上により、観察者は、光透過部材５０越しに歪みのない外界像を観察することになる。

また、導光装置２０は、映像光ＧＬが進む導光方向に垂直な方向にある程度の厚み（例えば数ミリ程度）を有して、上述のように複数面Ｓ１１〜Ｓ１５を形成し、複数面Ｓ１１〜Ｓ１５での全反射により映像光ＧＬを導光している。この場合、導光方向に垂直な方向に厚みを有することで、上記態様において必要に足る画角の画像を形成可能とするとともに、導光装置２０自身もある程度の強度を持ち、虚像表示装置１００全体としての強度を保たせるものとしても機能している。

上記のような構成は、第２表示装置１００Ｂ（図１等参照）においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。

このように、左右の眼にそれぞれ対応した画像を一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂによって形成する場合、仮に、両眼視の際に左右の画像表示の位置ズレが著しくなると、観察者は左右の画像をぴったり合ったものとして認識できず映像を視聴し続けることが困難となるおそれがある。図６（Ａ）は、位置ズレのない場合の画像の認識について概念的に示すものである。

具体的に説明すると、図６（Ａ）は、右眼用の第１表示装置１００Ａ（図１等参照）で形成された画像ＲＰが観察者の右眼ＲＥによって視認され、左眼用の第２表示装置１００Ｂ（図１等参照）で形成された画像ＬＰが観察者の左眼ＬＥによって視認される場合において、画像ＲＰと画像ＬＰとの相対的な位置にズレがなく、意図した角度で各眼ＲＥ，ＬＥに到達している様子を示しており、この場合、観察者は、自己の両眼ＬＥ，ＲＥから得た情報に基づきイメージ像ＩＰとして示すようなぴったりとズレのない１つの画像を認識することができる。一方、図６（Ｂ）に示すように、画像ＲＰと画像ＬＰとの相対的な位置にズレが発生すると、観察者は、自己の両眼ＬＥ，ＲＥから得た情報に基づいてズレのない画像を認識することができず、例えばイメージ像ＩＰとして示すような状態で認識するものとなってしまう可能性がある。例えば数画素分以上のズレが生じるとこのようなことになる可能性がある。かかる事態を防ぐためには、左右一対の表示装置について右眼用と左眼用との相対的な位置ズレが大きくならないように、しっかりと位置決め固定され、各部の組付け後において製品の歪み等が発生しないよう十分な強度を有していることが非常に重要となる。しかしながら、一般に虚像表示装置は、観察者が装着するものであるところ、軽量化や小型化の要請も非常に強い。したがって、例えば導光部を支持するフレーム側の全体を強固なものにすると、フレーム側における軽量化や小型化については自ずと制限されることになる。これに対して、本願発明では、上記のように、フレーム部１０２の中央部１０２ａを肉厚構造とすることで、強固な固定を可能としつつ、他の部材と協働して精度強度を維持することでフレーム部１０２については必ずしも全体を強固なものとすることを要しない構成とし、装置全体の軽量化・小型化を図っている。

以下、図７等を参照して、フレーム部１０２の中央部１０２ａ等の構造についてより具体的に説明する。

図７は、虚像表示装置１００の側方断面についての一例を示す図であり、特にフレーム部１０２の中央部１０２ａの断面構造を示すものとなっている。また、図８（Ａ）及び８（Ｂ）も、中央部１０２ａの構造について説明するための図（底面側から見た図）であり、中央部１０２ａを構成する各部について一部削除して他の一部が見やすいように描画したものである。さらに、図９は、中央部１０２ａの構造について別の角度から（背面側から）見た図であり、中央部１０２ａによる一対の導光装置２０の挟持の様子を示す図である。

図７、図８（Ａ）及び８（Ｂ）等に示すように、中央部１０２ａは、マグネシウムフレームである支持体１０２ｂの一部であり中央の箇所を形成する中央支持部ＭＰと、中央支持部ＭＰと協働して一対の導光装置２０を挟持し固定するネジ止め固定部ＳＦとを有する。なお、ネジ止め固定部ＳＦは、カバー部材１０２ｇ（図３（Ｂ）等参照）に覆われている。ネジ止め固定部ＳＦは、主要部材である板状の保持金具ＭＦと、保持金具ＭＦを固定するためのネジ（図示略）とで構成される。保持金具ＭＦは、例えば厚さ０．６ｍｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いて成形される板状の部材であり、等脚台形状又は二等辺三角形状（あるいは正三角形）のような左右均等に広がる形状を有している。また、保持金具ＭＦは、一対の導光装置２０（第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ）に対応して設けられたネジ止め用の孔（ネジ止め孔）である第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２を有し、さらに、これらの間にある中央孔ＨＣを有する。これらの孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２の位置関係についてより詳しく説明すると、中央孔ＨＣは、第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２の間であってこれらから等距離あるいは略等距離の中央位置であり、かつ、第１孔Ｈ１から第２孔Ｈ２にかけての一直線上にない位置に配置されている。すなわち、これら３つのネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２が互いに一直線上には並ばず、平面視において二等辺三角形（あるいは正三角形）の頂点となるような配置となっている。なお、中央支持部ＭＰには、ネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２にそれぞれ対応するネジ受け穴ＧＣ，Ｇ１，Ｇ２が設けられており、ネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２からネジ受け穴ＧＣ，Ｇ１，Ｇ２にかけてネジが取り付けられることで締結がなされる。これにより、中央部１０２ａにおいて、一対の導光装置２０（第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ）を面的にバランスよく押圧して挟持することができる。また、また、以上の構成において、保持金具ＭＦは、上記のような３つのネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２に応じた形状を有しているとも言える。すなわち、保持金具ＭＦは、等脚台形状又はこれに近い形であることで、各端部が３つのネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２を頂点とする三角形の各辺に沿うように左右均等に延びている。これにより、左右一対で構成される導光装置２０を挟持し固定するに際して、ネジ止め孔の位置を両端としてバランスを取りつつ面的に押えるように作用するものとなる。

また、例えば図８（Ａ）等に示すように、一対の導光装置２０（第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ）の先端側（中央部１０２ａに向かって延びる側）には、中央部１０２ａに挟持される部分である板状の突起部ＴＰ１，ＴＰ２がそれぞれ形成されており、各突起部ＴＰ１，ＴＰ２には、ネジ止め固定部ＳＦのネジ止め孔Ｈ１，Ｈ２（さらにネジ受け穴Ｇ１，Ｇ２）にそれぞれ対応するＵ字構造のネジ止め部ＳＳ１，ＳＳ２がそれぞれ形成されている。ネジ止め部ＳＳ１，ＳＳ２は、保持金具ＭＦのうちネジ止め孔Ｈ１，Ｈ２を形成する部分と中央支持部ＭＰのうちネジ受け穴Ｇ１，Ｇ２を形成する部分とに挟まれることになる。なお、ネジ止め部ＳＳ１，ＳＳ２は、Ｕ字構造となっていることで、各導光装置２０について例えばハードコート層等の成膜処理に際して、ネジ止め部ＳＳ１，ＳＳ２にコート液が垂れたり溜まったりすることを抑制できる。

なお、例えば図９から分かるように、例えば保持金具ＭＦが高さ方向（Ｙ方向）について凹凸を有していること等により、中央部１０２ａにおいて多少の空間を設けることが可能であり、例えばインナーフレームを取り付けるための部材や鼻受部（鼻パッド）等を当該空間を利用して差込み式等により設けるものとしてもよい。

以下、概念的に示す図１０（Ａ）〜１０（Ｃ）を参照して、上記のようなネジ止め固定部ＳＦを有する中央部１０２ａによる一対の導光装置２０（第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ）の固定の様子について一例をより具体的に説明する。まず、この場合、各図のうち例えば図１０（Ａ）に示すように、３つのネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２を有するネジ止め固定部ＳＦ（保持金具ＭＦ）のうち、第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２に一対の導光装置２０のネジ止め部ＳＳ１，ＳＳ２を対応させつつ一対の導光装置２０の相対的位置関係、すなわち両者のなす角度や高さ位置等の姿勢調整を行う。その後、図１０（Ｂ）及び１０（Ｃ）に示すように、３つのネジ止め孔ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２について、ネジ止め固定部ＳＦを構成するネジＳＣ１〜ＳＣ３によりネジ止めすることで、一対の導光装置２０の相対的位置関係を維持しつつ固定する。この場合、一対の導光装置２０のうち、一方の板状の先端部である突起部ＴＰ１は、ネジＳＣ１とネジＳＣ３との締結により板状の保持金具ＭＦに面当たりして面的に押えられ、もう一方の板状の先端部である突起部ＴＰ２も同様に、ネジＳＣ２とネジＳＣ３との締結により板状の保持金具ＭＦに面当たりして面的に押えられることになる。また、この場合、保持金具ＭＦの固定面ＦＦ１と中央支持部ＭＰ側の面とにより一対の導光装置２０が３か所でネジ止めにより面的に押さえつけられつつ固定されることで、前後方向（図中Ｚ方向）について肉厚な構造となり、組付けが強固なものとなる。また、突起部ＴＰ１，ＴＰ２にある程度の高さ方向（図中Ｙ方向）の厚みを持たせてこの方向にネジ止めをすることに加え、例えば保持金具ＭＦにある程度の厚さのステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることで高さ方向についても肉厚な構造となり組付けが強固なものとなる。また、特に、図示の例では、図１０（Ｃ）に示すように、保持金具ＭＦが中央孔ＨＣの箇所において高さ方向（Ｙ方向）について凹凸を有して、中央孔ＨＣの箇所が中央支持部ＭＰ側に突出した形状となっている。これにより、中央孔ＨＣでの締め付けが、左右に確実にかつ均等に加わるものとすることができ、ネジ止め固定における強度や安定性を高めることが期待できる。また、以上のような左右一対の導光装置２０を各１点の計２点で固定し他の１点をフレーム部１０２の中央で固定する３点止めとすることにより、左右の導光位置決めをしながら中央部１点で確実に固定する３点止めが実現できる。これは、例えば４点止めに比較して容易に位置決めができるとともに必要に応じた位置調整等を行いつつ固定をするといった態様にも適用させやすい。以上のようにして、肉厚構造の中央部１０２ａが形成されている。なお、上記では、３か所でネジ止めするものとしているが、固定における精度の安定性確保等ができるのであれば、４か所以上の箇所でネジ止めするものとしてもよい。

以上のように、本実施形態では、フレーム部１０２において、肉厚構造の中央部１０２ａを、第１導光部である第１光学部材１０１ａと第２導光部である第２光学部材１０１ｂとの間において双方に接続するように設け、この中央部１０２ａにより第１光学部材１０１ａと第２光学部材１０１ｂとの相対的位置を固定するものとすることができることで、例えば仮にフレームの部分によって一元的に光学系全体の支持固定を担う構成とした場合に比べて、フレーム部１０２の軽量化・小型化延いては装置全体の軽量化・小型化を図ることができ、かつ、中央部１０２ａによって両眼視における左右の画像表示のズレを抑制できるものとなる。

以下、図１１等を参照して、左右の各導光部である第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ（導光装置２０）のうち中央部１０２ａとの接続側（先端側）と反対側（根元側）である投射レンズ３０等との組付けについて説明する。図１１は、導光部である導光装置２０（図示の例では第２光学部材１０１ｂ）の鏡筒部３９への組付けについて説明するための図である。この場合、図示のように、導光装置２０は、高さ方向（Ｙ方向）について、投射レンズ３０を収納する鏡筒部３９に設けられた上側の第１孔Ｋ１と下側の第２孔Ｋ２との２箇所でネジ止め固定されている。すなわち、導光装置２０は、第１孔Ｋ１及び第２孔Ｋ２に対応してＵ字構造のネジ止め部ＳＫ１，ＳＫ２がそれぞれ形成されている。なお、図示及び説明を省略するがもう一方の導光部である導光装置２０（第１光学部材１０１ａ）についても同様である。以上の構成における導光部（一対の導光装置２０）及びこれに対応する一対の鏡筒部３９のフレーム部１０２への組付けについて、図１２（Ａ）〜１２（Ｃ）を参照して説明する。図１２（Ａ）〜１２（Ｃ）は、図３（Ａ）に対応する図であり、図３（Ａ）に示す状態から各部の様子が分かるように一部の構成を削除して描画したものである。まず、図１２（Ａ）に示すように、光学系のみを示すと、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂは、第１及び第２画像表示装置８０ａ，８０ｂと、第１及び第２投射レンズ３０ａ，３０ｂと、第１及び第２導光装置２０ａ，２０ｂすなわち第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂとをそれぞれ備える。このうち、第１及び第２投射レンズ３０ａ，３０ｂについては、図１２（Ｂ）に示すように、第１及び第２鏡筒部３９ａ，３９ｂに収納され、かつ、第１及び第２導光装置２０ａ，２０ｂは、第１及び第２鏡筒部３９ａ，３９ｂに組付け固定される。なお、第１及び第２鏡筒部３９ａ，３９ｂには、フレーム部１０２へ固定するためのネジ受け穴ＨＢ１，ＨＢ２が設けられている。さらに、図１２（Ｃ）に示すように、第１及び第２鏡筒部３９ａ，３９ｂは、フレーム部１０２の第１及び第２周辺部１０２ｃ，１０２ｄに対して例えばネジ孔ＨＡ１，ＨＡ２等に対応してネジ受け穴ＨＢ１，ＨＢ２を有していることにより、当該箇所でネジ止め固定される。以上を導光部の相対的位置の固定の観点からまとめると、第１及び第２導光部である第１及び第２導光装置２０ａ，２０ｂは、根元側において、第１及び第２投射レンズ３０ａ，３０ｂをそれぞれ収納する第１及び第２鏡筒部３９ａ，３９ｂにそれぞれ接続され、第１及び第２鏡筒部３９ａ，３９ｂを介してフレーム部１０２の第１及び第２周辺部１０２ｃ，１０２ｄとそれぞれ接続して固定されているものとなっている。以上の場合、各導光装置２０を、装着時において鼻に近い中央側を中央部１０２ａで固定し、かつ、装着時において耳に近い周辺側を第１周辺部１０２ｃまたは第２周辺部１０２ｄで固定するものとなり、離間した２カ所で固定できることになるので、さらなる左右の画像表示のズレ抑制を図ることができる。

〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

上記において、画像表示装置８０としては、種々のものを利用可能であり、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。

上記の説明では、第２面Ｓ１２のハーフミラー層を例えば金属反射膜や誘電体多層膜としたが、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記の説明では、導光部材１０等が眼の並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

上記の説明では、画像光と外界光とを重畳させる態様についてのみ説明しているが、例えば重畳させずに画像光のみにする態様と外界光のみにする態様とを切り替えて観察することができる虚像表示装置において適用してもよい。

また、本願発明の技術を、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させるものとしてもよい。

１０…導光部材、１１…導光部分、１２…導光部分、２０，２０ａ，２０ｂ…導光装置（導光部）、３０，３０ａ，３０ｂ…投射レンズ、３９，３９ａ，３９ｂ…鏡筒部、５０…光透過部材、８０，８０ａ，８０ｂ…画像表示装置、１００…虚像表示装置、１００Ａ，１００Ｂ…表示装置、１０１ａ，１０１ｂ…光学部材（導光部）、１０２…フレーム部、１０２ａ…中央部、１０２ｂ…支持体、１０２ｃ，１０２ｄ…周辺部、１０２ｇ…カバー部材、１０２ｐ…本体部分、１０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、ＡＸ…入射側光軸、ＥＬ…有機、ＦＦ…板状部材、ＦＦ１…固定面、ＧＬ…映像光、ＨＢ１，ＨＢ２，ＧＣ，Ｇ１，Ｇ２…穴、ＨＡ１，ＨＡ２…ネジ孔、ＨＣ，Ｈ１，Ｈ２…孔、ＨＬ…外界光、ＩＰ…イメージ像、Ｋ１，Ｋ２…孔、ＬＥ…左眼、ＬＰ…画像、ＭＰ…中央支持部、ＰＦ…配線用部材、ＲＥ…右眼、ＲＰ…画像、Ｓ１１−Ｓ１５…面、Ｓ５１−Ｓ５３…透過面、ＳＣ１-ＳＣ３…ネジ、ＳＦ…ネジ止め固定部、ＭＦ…保持金具、ＳＫ１，ＳＫ２…ネジ止め部、ＳＳ１，ＳＳ２…ネジ止め部、ＴＰ１，ＴＰ２…突起部

Claims (14)

1. 左右の眼に対応して一対で設けられて映像光をそれぞれ導光して視認させる第１及び第２導光部と、
   前記第１導光部と前記第２導光部との双方に接続して設けられて前記第１導光部と前記第２導光部との相対的位置を固定する肉厚構造の中央部を含むフレーム部と、
   を備える虚像表示装置。
2. 前記第１及び第２導光部は、前記中央部に向かって延びる先端側に突起部をそれぞれ有し、
   前記中央部は、前記第１及び第２導光部の前記突起部を挟持して固定しつつ肉厚構造を形成している、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記フレーム部は、前記中央部から前記第１及び第２導光部に沿って延びる支持体を有し、
   前記支持体は、前記第１及び第２導光部の根元側にそれぞれ対応する第１及び第２周辺部を形成し、
   前記第１及び第２導光部は、前記支持体の前記第１及び第２周辺部にそれぞれ接続して固定されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 前記第１及び第２導光部は、根元側において、映像素子からの映像光を前記第１及び第２導光部に入射させる第１及び第２投射レンズをそれぞれ収納する第１及び第２鏡筒部にそれぞれ接続され、前記第１及び第２鏡筒部を介して前記フレーム部とそれぞれ接続して固定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記第１及び第２導光部は、導光方向に垂直な方向に厚みを有して複数面を形成し、前記複数面での全反射により映像光を導光する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記中央部は、前記第１及び第２導光部をネジ止め固定するネジ止め固定部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記ネジ止め固定部は、前記第１及び第２導光部を挟持して固定するための固定面を形成する板状の保持金具を有する、請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 前記保持金具は、前記第１及び第２導光部の配置に応じて左右均等に広がる形状を有している、請求項７に記載の虚像表示装置。
9. 前記保持金具は、前記第１及び第２導光部のうち前記中央部に向かって延びる先端側に形成される突起部の面に当接する、請求項７及び８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記ネジ止め固定部は、複数のネジ止め孔を有し、
    前記第１及び第２導光部は、前記複数のネジ止め孔に対応するＵ字構造のネジ止め部をそれぞれ有する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記ネジ止め固定部は、３か所以上のネジ止め孔を有する、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
12. 前記ネジ止め固定部は、前記第１及び第２導光部を各１点の計２点で固定し他の１点を前記フレーム部の中央の１点で固定する３点止めのための３か所のネジ止め孔を有する、請求項１１に記載の虚像表示装置。
13. 前記第１及び第２導光部は、映像光と外界光とを重複してそれぞれ視認させる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
14. 前記フレーム部は、前記中央部から前記第１及び第２導光部に沿って延びる支持体としてマグネシウムフレームを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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