CN104049365B - 虚像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚像显示装置，能够抑制向内部侵入尘埃。被佩戴在观察者的头部来显示虚像的虚像显示装置（头戴式显示器（1））具备：投射光学装置（52），其投射构成图像的光；镜筒（53），其将投射光学装置（52）收纳于内部；透光性的导光部件（6（6L）），其使来自投射光学装置（52）的光在内部反射并引导至观察者的眼睛，将图像视觉确认为虚像；以及封闭部（防尘罩（7（7L））），其将形成在导光部件（6）以及镜筒（53）之间的缝隙G封闭。

Description

虚像显示装置

技术领域

本发明涉及虚像显示装置。

背景技术

以往，公知有一种在观察者的头部佩戴的HMD（Head Mounted Display：头戴式显示器）等虚像显示装置（例如，参照专利文献1）。

该专利文献1所记载的HMD具备：分别设置于观察者的左右的图像形成装置、将该图像形成装置收纳于内部的罩、以及将由各图像形成装置形成的图像光引导至观察者的右眼以及左眼的导光板。其中，图像形成装置具备显示元件、投射光学装置、以及将该投射光学装置收纳于内部的镜筒，投射光学装置将由显示元件形成的图像光朝向导光板进行投射。而且，导光板一边反射入射到内部的图像光一边使其行进，并利用形成在该导光板的端面的半透半反镜进行反射而引导至对应的观察者的眼睛。

该HMD被构成为透视（see through）型的HMD，导光板在内面侧使入射的图像光全反射并使其行进之后，朝向观察者的眼睛反射，并且使从外界入射的外界光透过。

专利文献1：日本特开2012－163639号公报

这里，为了使从投射光学装置投射的图像光入射至导光板，可考虑使该导光板与收纳投射光学装置的镜筒靠近。然而，若使镜筒与导光板接触，则有可能损伤该导光板。因此，可考虑在导光板与镜筒之间设置缝隙，但存在尘埃容易经由该缝隙侵入到镜筒内的问题。

另外，由于导光板被配置在与观察者的眼睛对应的位置且露出在外部，所以容易在该导光板上附着尘埃（包含皮脂等），若为了除去这些尘埃而利用布等擦拭导光部件，则按压到上述缝隙的尘埃容易侵入到镜筒内。

而且，若尘埃侵入到镜筒内，则不仅难以除去该尘埃，还存在可能观察到该尘埃的影的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种能够抑制向内部侵入尘埃的虚像显示装置。

本发明的一个方式涉及的虚像显示装置是佩戴在观察者的头部来显示虚像的虚像显示装置，其特征在于，具备：投射光学装置，其投射构成图像的光；镜筒，其将上述投射光学装置收纳于内部；透光性的导光部件，其使来自上述投射光学装置的光在内部反射而引导至上述观察者的眼睛，使上述图像视觉确认为虚像；以及封闭部，其将形成于上述导光部件以及上述镜筒之间的缝隙封闭。

其中，作为虚像显示装置，可以只视觉确认构成图像的光，也可以同时视觉确认该光以及外界光。

根据上述一个方式，形成于导光部件与镜筒之间的缝隙被封闭部封闭。由此，能够抑制尘埃经由该缝隙侵入到镜筒内。因此，由于能够抑制在收纳于镜筒内的投射光学装置上附着尘埃，所以除了能够抑制通过投射出的光而被视觉确认的图像劣化以外，还能够省去用于从镜筒内除去尘埃的维护。

在上述一个方式中，优选上述导光部件具有：光入射区域，其被入射来自上述投射光学装置的光；第一反射区域，其被配置成相对于入射至上述光入射区域的光的中心轴倾斜，并使入射的光反射；以及第二反射区域，其被入射由上述第一反射区域反射的光，并使入射的光反射，上述封闭部被设置成与上述第二反射区域之间形成空气层且覆盖上述第二反射区域。

这里，若在第二反射区域附着有尘埃，则该尘埃的影有可能被观察者视觉确认。与此相对，在上述一个方式中，由于第二反射区域被封闭部覆盖，所以能够抑制该第二反射区域附着尘埃。因此，能够抑制尘埃的影被视觉确认的情况。

另外，由于封闭部被设置成与第二反射区域之间形成空气层，所以不会发生由于设置该封闭部而引起的第二反射区域的反射特性的变化。因此，能够恰当地反射入射至导光部件内的光并且引导至观察者的眼睛。

在上述一个方式中，优选上述导光部件具有：第三反射区域，其与上述第二反射区域对置，使被该第二反射区域反射的光反射；第四反射区域，其与上述第三反射区域对置，使被该第三反射区域反射的光反射；第五反射区域，其使从上述第四反射区域入射的光朝向上述观察者的眼睛反射；以及光出射区域，其将被上述第五反射区域反射的光朝向上述观察者的眼睛射出，上述导光部件在上述第二反射区域与上述第三反射区域之间设定有构成上述图像的光进行对焦的对焦部位。

根据上述一个方式，由于在第二反射区域与第三反射区域之间设定有构成图像的光进行对焦的对焦部位，所以该对焦部位以后的光使透过范围放大并在导光部件内行进。而且，由于该光经由第三反射区域、第四反射区域、第五反射区域以及光出射区域入射至观察者的眼睛，所以能够延长该光的光路。因此，能够放大通过该光而被视觉确认的图像。

这里，由于在第二反射区域与第三反射区域之间设定有上述对焦部位，所以若在第二反射区域附着有尘埃，则不仅该尘埃的影容易被观察者视觉确认，反射特性由于该尘埃而变更的可能性也升高。与此相对，通过如上述那样设置封闭部，由于可抑制在第二反射区域附着尘埃，所以能够可靠地抑制尘埃的影被视觉确认的情况，并且能够恰当地使入射至第二反射区域的光反射。

在上述一个方式中，优选上述封闭部具有：抵接部，其在上述导光部件中与上述第二反射区域的周缘部抵接；和凹部，其在上述抵接部与上述周缘部抵接时，与上述第二反射区域之间形成上述空气层。

其中，抵接部也可以遍及第二反射区域的周围全部而不抵接。

根据上述一个方式，在抵接部与第二反射区域的周缘部抵接的状态下，通过封闭部的凹部，在该封闭部与第二反射区域之间形成空气层。由此，由于封闭部不与第二反射区域相接，所以能够可靠地抑制该第二反射区域的反射特性发生变化。因此，能够恰当地使入射至第二反射区域的光反射，进而，能够将该光可靠地引导至观察者的眼睛。

在上述一个方式中，优选上述导光部件在从上述观察者侧观察与沿着上述第二反射区域的方向大致正交方向上隔着上述第二反射区域的位置具有与该第二反射区域交叉的一对交叉面，上述封闭部具有与上述一对交叉面抵接而夹持上述导光部件的夹持部。

根据上述一个方式，通过夹持部夹持隔着第二反射区域的一对交叉面，能够不与该第二反射区域不必要地接触，而将封闭部稳定地安装于导光部件。

在上述一个方式中，优选具备：第一框架，其支承上述镜筒以及上述导光部件；和第二框架，其被安装于上述第一框架，相对于上述导光部件位于上述观察者侧，上述第二框架具备与上述观察者的眼睛对应设置且具有规定的光学特性的光学部件、和分别保持上述光学部件的镜圈，上述镜圈与上述封闭部抵接。

根据上述一个方式，在第一框架中，能够相对于导光部件在观察者侧的位置安装具备具有规定的光学特性的光学部件的第二框架。由此，通过采用视力矫正用的透镜作为该光学部件，即使是视力低下的观察者也能够适宜地视觉确认图像。另外，通过作为该光学部件而采用抑制规定波长的色光透过的滤光片，能够修正被视觉确认的图像的色调，通过采用抑制具有相对较强的能量的蓝色光透过的滤光片，能够减少给观察者的眼睛带来的影响。

另外，由于构成这样的第二框架，且保持上述光学部件的镜圈与封闭部抵接，所以能够抑制该镜圈与导光部件抵接而该导光部件损伤。

在上述一个方式中，优选上述封闭部具有弹性，且被设置成相对于上述导光部件自由拆装。

其中，作为具有弹性的材料，可例示硅酮橡胶。

根据上述一个方式，由于封闭部具有弹性，所以能够使该封闭部紧贴导光部件。因此，能够可靠地抑制尘埃的侵入。

另外，由于封闭部被设置为相对于导光部件自由拆装，所以在附着尘埃等封闭部受到污染的情况下，能够更换该封闭部。因此，能够很容易地使虚像显示装置维持为清洁的状态。

在上述一个方式中，优选上述导光部件具有沿着上述观察者的头部的弯曲形状。

这里，在导光部件不是沿着观察者的头部的形状的情况下，例如在导光部件是平板状的情况下，由于导光部件的重心容易成为从观察者脱离的位置，所以虚像显示装置的佩戴感降低。与此相对，在上述一个方式中，由于导光部件形成为沿着观察者的头部的弯曲形状，所以能够使该导光部件的重心位置接近观察者。因此，能够提高虚像显示装置的佩戴感，能够稳定地安装该虚像显示装置。

另一方面，若导光部件形成为上述弯曲形状，则难以管理该导光部件与镜筒的缝隙，使得缝隙增大等而尘埃容易侵入。即使在这样的情况下，通过设置上述封闭部，也能够抑制尘埃经由缝隙的侵入，能够适宜地起到使导光部件成为弯曲形状的上述效果。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的头戴式显示器的立体图。

图2是表示上述实施方式中的头戴式显示器的立体图。

图3是表示上述实施方式中的安装有辅助框架的状态下的头戴式显示器的立体图。

图4是表示上述实施方式中的卸下了罩部件的状态下的头戴式显示器的立体图。

图5是表示上述实施方式中的卸下了罩部件的状态下的头戴式显示器的立体图。

图6是表示上述实施方式中的卸下了罩部件的状态下的头戴式显示器的分解立体图。

图7是表示上述实施方式中的光学单元的横剖视图。

图8是表示上述实施方式中的导光部件的立体图。

图9是表示上述实施方式中的导光部件的立体图。

图10是表示上述实施方式中的导光部件的横剖视图。

图11是表示上述实施方式中的图像光的光路的图。

图12是表示上述实施方式中的导光部件以及防尘罩的立体图。

图13是从导光部件侧观察上述实施方式中的防尘罩的立体图。

图14是表示上述实施方式中的光学装置的横剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。

[头戴式显示器的简要结构]

图1以及图2是从正面侧以及背面侧观察本实施方式涉及的头戴式显示器1的立体图。换言之，图1是从与观察者侧相反侧观察头戴式显示器1的立体图，图2是从观察者侧观察的立体图。

如图1以及图2所示，本实施方式涉及的头戴式显示器（以下有时简称为HMD）1是被佩戴在观察者的头部来使用的虚像显示装置，是使根据图像信息形成的图像光（构成图像的光）入射至观察者的眼睛，将由该图像光构成的图像视觉确认为虚像，并且使外部光线透过而能够观察外界像的透视型HMD。这样的HMD1具备框架2、和安装于该框架2的两个光学装置3。

[框架的构成]

框架2相当于本发明的第一框架，具有眼镜框架那样的构成。该框架2具有沿着观察者的额头以及左右太阳穴的U字状部21、弯曲自由地设置在该U字状部21的两端的一对臂22、以及安装于该U字状部21的防护器（protector）23以及鼻托24。

U字状部21形成为具有在HMD1被观察者佩戴的情况下沿着额头的前部211、和分别从该前部211的两端向同方向延伸的一对边撑部212的大致U字状。

其中，一对边撑部212被设置在与观察者的左右太阳穴对应的位置。在这些边撑部212中，从观察者来看右侧的边撑部212R被安装右眼用的光学装置3R的罩部件4，其左侧的边撑部212L被安装左眼用的光学装置3L的罩部件4。

臂22（将位于观察者的右侧的臂设为22R，将位于左侧的臂设为22L）以借助铰链213向内侧自由弯曲的方式被设置在对应的边撑部212中的与前部211侧相反侧的端部。这些臂22在耳朵的部位按压观察者的头部，由此，将HMD1固定于头部。这些臂22在观察者不使用HMD1的情况下，通过相对于边撑部212向内侧弯曲而能够折叠，在观察者使用HMD1的情况下，通过与边撑部212平行地伸开而能够挂到观察者的耳朵上。

防护器23是将光学装置3L、3R的后述的各导光部件6固定于前部211的部件，具有如眼镜的下缘那样的形状。该防护器23被从下方安装于前部211。

鼻托24从观察者来看形成为倒V字状，被设置在防护器23中的与鼻架对应的位置。该鼻托24从左右夹持观察者的鼻子，由此，可抑制观察者所佩戴的HMD1向左右偏移以及向下方偏移。

图3是表示安装有辅助框架25的HMD1的立体图。

如图3所示，对前部211能够安装需要视力矫正的观察者用辅助框架25。该辅助框架25相当于本发明的第二框架，该辅助框架25具有视力矫正用的左右透镜251L、251R、分别包围该透镜251L、251R的镜圈（rim）252L、252R、以及将该镜圈252L、252R连接的鼻架253。其中，对于鼻架253省略详细图示，但在前部211设置有安装辅助框架25的安装部。

在前部211安装有这样的辅助框架25的情况下，镜圈252L、252R的相互相反侧的端部2521与分别设置在左右的后述的防尘罩7中对应的防尘罩7的观察者侧的面7A抵接。

[光学装置的构成]

光学装置3（3R、3L）是分别形成与被输入的图像信息对应的图像，并使观察者将该图像视觉确认为虚像的装置。如图1～图3所示，这些光学装置3L、3R分别具有罩部件4、光学单元5（在图1～图3中省略图示）、配置在与观察者的眼睛对应的位置的导光部件6、以及防尘罩7（图2以及图3）。

其中，在以下的说明中，对光学装置3L进行说明，但相对于该光学装置3L具有镜面对称构造的光学装置3R也具有左右相反但相同的构成。

[罩部件的构成]

如图1～图3所示，各光学装置3L、3R的罩部件4分别被安装于左右边撑部212R、212L，并将光学单元5收纳于内部。这些罩部件4具有以夹持对应的边撑部212的方式安装的第一罩41以及第二罩42。

第一罩41被安装在边撑部212的外侧（与观察者侧相反侧）。该第一罩41形成为沿着从上述的前部211的端部到边撑部212中的臂22侧的端部为止的形状的俯视近似L字状。若详细叙述，则第一罩41被设置成从正面侧覆盖与观察者的眼睛对应设置的导光部件6的边撑部212侧的端部（后述的第五面S5）。

第二罩42形成为沿着前部211的端部以及边撑部212的俯视L字状，被设置在边撑部212的内侧（观察者侧）而与第一罩41配合。如图2所示，在该第二罩42的前部211侧的端部形成有嵌入后述的防尘罩7的端部的凹部421。

其中，对于防尘罩7的构成以及与凹部421的嵌合状态将在后面详细叙述。

[光学单元的构成]

图4以及图5是表示从正面侧以及背面侧观察卸下了罩部件4的状态下的HMD1的立体图，图6是表示该状态的HMD1的分解立体图。其中，在图4～图6中，省略了一部分构成的图示。

各光学装置3L、3R的光学单元5分别形成与被输入的图像信息对应的图像光，并向对应的导光部件6射出该图像光。如图4～图6所示，该光学单元5具有图像形成装置51、投射光学装置52（参照图7）、镜筒53、以及驱动图像形成装置51的驱动装置54（参照图7）。

[图像形成装置的构成]

图像形成装置51形成上述图像光。该图像形成装置51具有光源装置511以及光调制装置512、和将它们保持为一体的保持部件513。

光源装置511朝向光调制装置512射出光，来对该光调制装置512的图像形成区域进行照明。作为这样的光源装置511，在本实施方式中采用了具有LED（Light EmittingDiode：发光二极管）等固体光源的构成，从该光源装置511延伸出与驱动装置54连接的可挠性印刷电路基板FPC1。

光调制装置512根据由驱动电路输入的图像信号来调制从光源装置511入射的光。在本实施方式中，这样的光调制装置512由包含偏光板的液晶面板构成，向该液晶面板输入图像信号的可挠性印刷电路基板FPC2与驱动装置54连接。

保持部件513从侧面看大致形成为U字状，对光源装置511以及光调制装置512进行保持。该保持部件513在上下形成有向镜筒53侧突出的一对突出部5131。通过这些突出部5131对形成于镜筒53的支承部532进行夹持，使得保持部件513与镜筒53一体化。

[投射光学装置的构成]

图7是表示光学装置3（3L）的横剖视图。

如图7所示，投射光学装置52将从图像形成装置51入射的图像光朝向导光部件6投射。该投射光学装置52由被收纳配置在镜筒53内的多个透镜构成，在本实施方式中，由三个透镜521～523构成。其中，能够适当地设定透镜的个数以及特性。

[镜筒的构成]

镜筒53是合成树脂制的壳体，除了将具有上述透镜521～523的投射光学装置52收纳于内部之外，还支承图像形成装置51。如图6所示，利用螺钉SC2将该镜筒53固定于边撑部212。对这样的镜筒53形成有在图像形成装置51侧以及导光部件6侧分别开口并将从该图像形成装置51入射的图像光经由上述投射光学装置52引导至导光部件6的贯通孔531。

另外，镜筒53具有支承图像形成装置51的支承部532、和与贯通孔531连接且被插入导光部件6的端部的开口部533。其中，支承部532被上述的一对突出部5131夹持，由此，将保持部件513、进而将图像形成装置51安装于镜筒53。

开口部533大致形成为矩形，导光部件6中与另一个导光部件6侧相反侧的端部（导光部件6中，在左侧的导光部件6L中是左侧的端部，在右侧的导光部件6R中是右侧的端部）被插入到内部。虽然对于该导光部件6的端部将在后面详细叙述，但作为图像光入射的光入射面的第一区域S41位于该导光部件6的端部，通过该端部被插入到开口部533内，使得构成投射光学装置52的透镜523与该第一区域S41对置。

这里，如图7所示，导光部件6中将后述的第四面S4和第五面S5连接的接合面62与形成矩形状的开口部533的边缘中的、外侧（是与观察者侧相反侧、第一罩41侧）的边缘的内面抵接。另外，导光部件6中的后述的突出部611、612分别与该开口部533中的上下边缘的内面抵接。

另一方面，在形成开口部533的边缘中的内侧（观察者侧，第二罩42侧）的边缘形成有沿着导光部件6的后述的第四面S4向开口部533的外侧延伸的延伸部534。该延伸部534不与该第四面S4接触而与该第四面S4分离。而且，对导光部件6以及第二罩42设置有将该延伸部534与第四面S4之间的缝隙G封闭的防尘罩7。该防尘罩7的构成将在后面详细叙述。

[导光部件的构成]

图8以及图9是从正面侧以及背面侧观察构成光学单元5L的导光部件6L的立体图。换言之，图8是从与观察者侧相反侧观察导光部件6L的立体图，图9是从观察者侧观察的立体图。

如图1～图5所示，导光部件6L、6R分别被配置在与观察者的左眼以及右眼对应的位置。这些导光部件6L、6R具有沿着观察者的头部的弯曲形状，并且从正面观察具有将大致椭圆形与矩形组合后的形状。如图8以及图9所示，这样的导光部件6L、6R分别具有由在可见光区域展现较高的透光性的树脂（例如环烯烃聚合物）形成的主体部6A以及透光部6B，具有它们相互接合的构成。

主体部6A位于导光部件6中的图像光的入射侧（对应的光学单元5侧）。该主体部6A具有后述的多个光学面S1～S5，具有通过该各光学面S1～S5使经由投射光学装置52入射的图像光在内部反射而引导至观察者的眼睛，将由该图像光构成的图像视觉确认为虚像的功能，并且具有使入射至眼睛的外部光线透过的功能。

透光部6B与主体部6A同样，由在可见光区域展现较高的透光性的树脂形成。该透光部6B具有使入射的外部光线朝向观察者的眼睛透过的功能，由此，在观察者的视线朝向靠近中央的方向的情况下，能够经由该透光部6B观察外界。

在这样的透光部6B中，在与主体部6A侧相反侧的端面6B3设置有反射抑制部。向该反射抑制部入射透过了形成有半透过膜的后述的第二面S2的图像光。而且，该反射抑制部通过抑制入射的图像光的反射，来抑制该图像光返回到主体部6A而成为杂光。

这样的导光部件6具有嵌合部61、接合面62、孔部63、安装部64以及定位部65。

嵌合部61主体部6A中位于对应的镜筒53侧的端部，被嵌入到该镜筒53的开口部533内。该嵌合部61具有上下对置配置并且向镜筒53侧突出的一对突出部611、612，位于上侧的突出部611与开口部533的内面中的上端部抵接，位于下侧的突出部612与该内面中的下端部抵接。

接合面62是主体部6A中的镜筒53侧的侧端面，与嵌合部61连续。即，接合面62是连接上述各突出部611、612的端面。该接合面62与镜筒53的开口部533的外侧（第一罩41侧）的边缘的内面抵接，并通过粘合剂接合。

孔部63形成在从嵌合部61靠近中央的位置。对该孔部63插入将导光部件6固定于上述的前部211的螺钉SC1（参照图6）。

安装部64是被安装后述的防尘罩7的部位。该安装部64具有上下夹持后述的第四面S4的第二区域S42、且分别与该第二区域S42交叉的交叉面641、642。若详细叙述，则该交叉面641、642被配置在上下（从观察者侧观察与沿着第二区域S42的方向大致正交的方向）夹持第二区域S42的位置。这些交叉面641、642与后述的防尘罩7的延伸部711、712抵接，通过由该延伸部711、712构成的夹持部71来夹持各交叉面641、642。

在导光部件6的上端面，以从该上端面突出的方式形成有一对定位部65。具体而言，一个定位部65形成于主体部6A，另一个定位部65形成于透光部6B。

这些定位部65除了在将导光部件6固定于前部211时被嵌入到形成在该前部211的下端面的凹部（图示省略）来进行定位之外，还在将插通孔部63的螺钉SC1固定于前部211时限制导光部件6的左右方向的摆动。

[导光部件的光学面]

图10是表示导光部件6L的横剖视图，换言之，是对该导光部件6L的光学面S1～S5进行说明的图。

如图10所示，导光部件6L具有分别作为光学面的第一面S1、第二面S2、第三面S3、第四面S4以及第五面S5。其中，第一面S1以及第四面S4是导光部件6L中的观察者侧的面，第三面S3以及第五面S5是与观察者侧相反侧的面。另外，第二面S2是相对于第一面S1以及第三面S3倾斜的面，并且是与透光部6B的边界面。对这些各面S1～S5中的第一面S1、第三面S3以及第四面S4形成硬质涂（hard coat）层，该各面S1、S3、S4的外侧是空气层。

这里，各面S1～S5的序数并不是从导光部件6L中的图像光的入射侧（即投射光学装置52侧）开始按顺序设定的，而是从光的射出侧（即观察者的眼睛侧）按顺序设定的。其原因在于，由于如实际的光学装置3那样，在从光调制装置512射出的光（图像光）经由投射光学装置52以及导光部件6到达观察者的眼睛的状态下难以评价光学系统，所以作为来自无限远的光源的光通过处于观察者的眼睛的位置的光圈而入射至导光部件6后经由投射光学装置52在光调制装置512上成像的光学系统，来进行包含该导光部件6的光学系统的设计以及评价。

以下，对上述各面S1～S5进行详细叙述。

其中，在以下的说明中，Z方向是佩戴了HMD1的观察者朝向正面的情况下的观察方向，X方向以及Y方向是与该Z方向正交且相互正交的方向。其中，X方向是从佩戴了HMD1的观察者来看由左向右的方向，Y方向是从该观察者观察由下向上的方向。

第一面S1是以与Z方向平行的出射侧光轴AX为中心轴在观察者侧成为凹状的自由曲面（由一个函数定义的连续的自由曲面），如上所述，形成在导光部件6中位于观察者侧、且与该观察者的瞳孔正对的位置。该第一面S1作为从导光部件6内透过的图像光射出至观察者的眼睛的折射面发挥作用，并且作为使从第三面S3入射的图像光朝向第二面S2在内面侧全反射的全反射面发挥作用。即，第一面S1中入射图像光的区域相当于本发明的第四反射区域以及光出射区域。

其中，透光部6B中的观察者侧的面6B1形成为与第一面S1相同的自由曲面。因此，在将透光部6B与主体部6A接合时，第一面S1与面6B1成为同一连续的自由曲面。

第二面S2是包含在与XZ面平行的基准面（图10所示的剖面）、且以相对于Z方向倾斜的光轴为中心的自由曲面，是主体部6A中另一个光学装置3侧的端面。在该第二面S2的入射图像光的区域中形成有半透过层（半反射层），通过该半透过层，使从第一面S1入射的图像光的角度改变而朝向该第一面S1反射。即，第二面S2中入射图像光的区域相当于本发明的第五反射区域。从基于透视而容易观察外界的观点出发，将这样的半透过层对图像光的反射率在所设想的图像光的入射角范围内设定成10％以上50％以下。

第三面S3是以上述出射侧光轴AX为中心轴向观察者侧成为凹状的自由曲面，位于与第一面S1相反侧。该第三面S3具有使从第一面S1入射的图像光的角度改变而在内面侧朝向该第一面S1反射，并且使从第四面S4入射的图像光在内面侧朝向第一面S1全反射的功能。即，第三面S3中入射图像光的区域相当于本发明的第三反射区域。另外，第三面S3具有使从外界入射的外部光线透过的功能。

其中，透光部6B中的与观察者相反侧的面6B2形成为与第三面S3相同的自由曲面。因此，在将透光部6B与主体部6A接合时，第三面S3与面6B2成为同一连续的自由曲面。

第四面S4是向观察者侧成为凸状的自由曲面，如上所述，在导光部件6中位于观察者侧，并且相对于上述第一面S1位于镜筒53侧。具体而言，第四面S4是在导光部件6的观察者侧的面中，形成在从第一面S1到上述接合面62之间的面。这样的第四面S4按照功能分为与该镜筒53内的投射光学装置52对置的第一区域S41、和相对于该第一区域S41位于第一面S1侧的第二区域S42。

第一区域S41是被上述突出部611、612夹着的区域，与投射光学装置52对置配置，作为从该投射光学装置52入射图像光的光入射区域发挥作用。另外，第一区域S41被入射由第五面S5反射的图像光中的一部分光，也作为使该一部分光朝向第三面S3反射的反射面发挥作用。

第二区域S42被入射由第五面S5反射的图像光中的另一部分光，并使该另一部分光朝向第三面S3反射。其中，在第二区域S42中，被入射该另一部分光的部分是该第二区域S42中的中央的区域S421（参照图9），周缘部分的区域S422（在图9中用斜线表示的区域S422）不被入射该另一部分光。通过封闭上述缝隙G的防尘罩7与该区域S422抵接，使得第四面S4的反射特性不会变更，能够在第四面S4与防尘罩7之间形成空气层，并且密封内部。其中，上述区域S421相当于本发明的第二反射区域。

第五面S5位于导光部件6中与第一区域S41相反侧，与该第一区域S41正对。该第五面S5是向观察者侧成为凸状的自由曲面，对该第五面S5大致遍及整个面形成有铝等全反射膜。这样的第五面S5相对于经由第一区域S41入射的图像光的中心轴倾斜，使该图像光中的一部光朝向第一区域S41反射，并且使另一部分光朝向第二区域S42反射。即，第五面S5相当于本发明的第一反射区域。

其中，第五面S5在导光部件6被固定于前部211，并且对边撑部212安装了罩部件4时，被构成该罩部件4的第一罩41的正面侧端部覆盖。因此，第五面S5不露出到外部。

[导光部件中的图像光的光路]

图11是表示光学装置3L中的图像光的光路的图。

如图11所示，在光学装置3L中，由图像形成装置51形成的图像光通过配设在镜筒53内的具有透镜521～523的投射光学装置52朝向导光部件6L投射。

该图像光经由第四面S4的第一区域S41入射至导光部件6L内，被第五面S5全反射。该图像光中的一部分光以临界角以上的角度再次入射至第一区域S41，另一部分光以临界角以上的角度入射至第二区域S42。而且，这些图像光在第一区域S41以及第二区域S42被全反射，以临界角以上的角度入射至第三面S3。

这里，在从第四面S4朝向第三面行进的图像光的光路上设定有该图像光的对焦部位FS，在该对焦部位FS形成中间像。因此，在该对焦部位FS聚集图像光之后，通过图像光进一步在导光部件6L内行进，可放大图像光的透过范围，由观察者视觉确认的图像被放大。

其中，光学装置3中的图像光的焦点位置被设定在光调制装置512的图像形成区域、上述第四面S4与第三面S3之间的上述对焦部位FS、以及观察者的眼睛的位置这三个位置。

以临界角以上的角度入射到第三面S3的图像光被该第三面S3全反射，以临界角以上的角度入射至第一面S1。该图像光被第一面S1全反射，一部分光再次入射至第三面S3，其余的光入射至第二面S2。

再次入射到第三面S3的光被该第三面S3反射，以小于临界角的角度入射至第一面S1。另外，入射到第二面S2的光被该第二面S2全反射，以小于临界角的角度入射至第一面S1。这些光透过第一面S1，入射至观察者的左眼LE。这样，图像光到达观察者的左眼LE，并被视觉确认为图像。

在以上的说明中，对左眼用的导光部件6L的构成、以及该导光部件6L中的图像光的光路进行了主要说明，相对于该导光部件6L具有镜面对称构造的右眼用导光部件6R的构成、以及该导光部件6R中的图像光的光路也相同。

[防尘罩的构成]

防尘罩7是由具有弹性以及透光性的合成树脂（例如硅酮橡胶）形成的罩部件，如图2所示，被设置为分别相对于HMD1中的左右导光部件6L、6R以及第二罩42自由拆装。

这些防尘罩7（将设置于观察者的左侧的防尘罩设为7L，将设置于右侧的防尘罩设为7R）是封闭镜筒53中的内侧的端部即延伸部534与第四面S4之间的缝隙G，来防止尘埃经由该缝隙G（包含垃圾等附着物）侵入到镜筒53内的封闭部件。即，在安装于导光部件6L、6R以及第二罩42的状态下，防尘罩7成为封闭缝隙G的封闭部、或者罩部。这样的防尘罩7L、7R分别相互形成为镜面对称。

图12是表示安装有防尘罩7L的导光部件6L的立体图。

其中，如图12所示，防尘罩7L形成为从观察者侧来看在左右方向（上述X方向）上具有长轴，并且右侧部分成为圆弧状的半椭圆形状。该防尘罩7L以主要覆盖上述第四面S4中的未被镜筒53覆盖的第二区域S42的方式被安装于导光部件6L。

如图3所示，在设置了上述的辅助框架25的情况下，构成辅助框架25的镜圈252L的端部2521与这样的防尘罩7L中的观察者侧的面7A抵接。由此，可抑制该端部2521与导光部件6L抵接而产生摩擦等使得该导光部件6L损伤的情况。

另外，防尘罩7L中的镜筒53侧的端面7C与形成于上述的第二罩42的凹部421的内面抵接。

图13是从导光部件6L侧观察防尘罩7L的立体图。

如图13所示，防尘罩7L在沿着上下方向的剖面观察下形成为以面7A为底部的横向U字状，该防尘罩7L具有夹持部71、凹部72以及抵接部73。

夹持部71夹持导光部件6L的安装部64。该夹持部71具有从防尘罩7L中的上下方向两端向与面7A侧相反侧、即导光部件6侧延伸的一对延伸部711、712。这些延伸部711、712间的尺寸（延伸部711的下表面与延伸部712的上表面之间的尺寸）被设定为稍微小于交叉面641、642间的相同方向的尺寸。因此，在延伸部711与位于上侧的交叉面641抵接、延伸部712与位于下侧的交叉面642抵接的状态下，该各延伸部711、712利用防尘罩7L的弹性应力来夹持安装部64。

凹部72以及抵接部73形成在防尘罩7L中的与面7A相反侧（导光部件6L侧）的面7B。

凹部72形成在面7B的大致中央。在防尘罩7L被安装到导光部件6L时，该凹部72的形成位置与第二区域S42中入射图像光的区域S421对应。

抵接部73在凹部72的周缘形成为横向的大致U字状，从该凹部72向导光部件6L侧突出。该抵接部73的形成位置与第二区域S42中的周缘部分的区域S422（第二区域S42中不入射图像光的区域）对应。

图14是表示光学装置3L的横剖视图。

在安装上述防尘罩7L时，如图12所示，夹持部71夹持安装部64，并且如图2所示，该防尘罩7L中的端面7C侧的端部嵌入到凹部421内，该端面7C与凹部421的内面密接。在这样的状态下，如图14所示，利用防尘罩7L封闭第四面S4与镜筒53的延伸部534之间的缝隙G。另外，在该状态下，由于防尘罩7L的抵接部73与区域S422抵接，所以凹部72与区域S421不接触，在该区域S421与防尘罩7L之间形成空气层AL。因此，不会变更该区域S421的反射特性。

其中，防尘罩7L中被嵌入到凹部421的部位的尺寸比该凹部421中的相同方向的尺寸稍大。因此，在防尘罩7L嵌入到凹部421时，防尘罩7L对凹部421中的内侧的面作用向外的弹性应力。由此，防尘罩7L被稳定地置于凹部421内。

另一方面，在光学装置3R中，由图像形成装置51形成的图像光也经由投射光学装置52以及导光部件6R入射至观察者的右眼，并被视觉确认为虚像。而且，对该导光部件6R以及镜筒53安装与防尘罩7L具有镜面对称构造的防尘罩7R，由此，导光部件6R与构成光学装置3R的镜筒53之间的缝隙G被封闭。

根据以上说明的本实施方式的HMD1，具有以下的效果。

在光学装置3L中，形成于导光部件6L与镜筒53之间的缝隙G被安装于该导光部件6L以及第二罩42的防尘罩7L封闭。由此，能够抑制尘埃经由该缝隙G侵入到镜筒53内。因此，由于能够抑制尘埃附着在被收纳于镜筒53内的投射光学装置52上，所以能够抑制通过由图像形成装置51形成的图像光而被视觉确认的图像劣化，并且能够省去用于从镜筒53内除去尘埃的维护。在光学装置3R中也相同。

在光学装置3L中，由投射光学装置52投射出的图像光经由第一区域S41入射至导光部件6L内，并被相对于该图像光的中心轴倾斜的第五面S5反射。而且，被该第五面S5反射的图像光的一部分入射至第二区域S42中的区域S421，并在该区域S421进一步被反射而在导光部件6L内行进。这里，若在区域S421附着有尘埃，则该尘埃的影有可能被观察者视觉确认。与此相对，通过利用防尘罩7L覆盖该区域S421，能够抑制在该区域S421附着尘埃。因此，能够抑制视觉确认尘埃的影的情况。

另外，由于防尘罩7L以与区域S421之间形成空气层AL的方式安装，所以不会因该防尘罩7L而改变区域S421的反射特性。因此，能够恰当地反射入射到导光部件6L内的图像光并且引导至观察者的眼睛。

在光学装置3R中也相同。

在导光部件6L中，在第四面S4与第三面S3之间设定有图像光对焦的对焦部位FS，透过了该对焦部位FS的图像光使透过范围放大并且在导光部件6L内行进。而且，由于该图像光经由第三面S3、第二面S2以及第一面S1入射至观察者的眼睛，所以能够延长该图像光的光路。因此，能够放大被观察者视觉确认的图像。

另一方面，由于在第四面S4与第三面S3之间设定有上述对焦部位FS，所以若在第四面S4中的区域S421附着有尘埃，则不仅该尘埃的影容易被观察者视觉确认，而且还有可能因该尘埃而变更区域S421的反射特性。与此相对，由于通过设置上述防尘罩7L来抑制在该区域S421附着尘埃，所以能够可靠地抑制视觉确认尘埃的影，并且能够恰当地反射入射至该区域S421的图像光。

在光学装置3R中也相同。

在光学装置3L中，以抵接部73与第四面S4中位于区域S421的周缘部且不被入射图像光的区域S422抵接的状态，通过凹部72，在防尘罩7L与区域S421之间形成空气层AL。由此，能够可靠地抑制因安装了防尘罩7L而使得该区域S421的反射特性发生变化。因此，能够恰当地反射入射至区域S421的图像光，进而，能够可靠地将该图像光引导至观察者的眼睛。在光学装置3R中也相同。

在光学装置3L中，导光部件6L在沿着与由观察者侧观察从第一区域S41朝向第二区域S42的方向（即，从左向右的X方向）大致正交的方向（Y方向）隔着第二区域S42的位置，具有与该第二区域S42交叉的一对交叉面641、642。另外，防尘罩7L具有与该一对交叉面641、642抵接地夹持导光部件6L的夹持部71。由此，通过夹持部71夹持导光部件6L，能够不与被入射图像光的区域S421接触地将防尘罩7L稳定地安装于导光部件6L。在光学装置3R中也相同。

在光学装置3L中，能够在前部211中的观察者侧的位置安装具备视力矫正用的透镜251L、251R的辅助框架25。由此，即使是视力低下的观察者也能够适宜地视觉确认图像。

另外，在这样的辅助框架25的一对镜圈252L、252R中，相互相反侧的端部2521与防尘罩7L、7R中的观察者侧的面7A抵接。由此，能够抑制该镜圈252L、252R与导光部件6L、6R抵接。因此，能够抑制导光部件6L、6R损伤。

由于防尘罩7具有弹性，所以除了能够使抵接部73紧贴于区域S422之外，还能够紧贴于第二罩42中的凹部421的内面。因此，由于能够封闭缝隙G，所以能够可靠地抑制尘埃的侵入。

另外，由于防尘罩7被设置为相对于导光部件6自由拆装，所以在该防尘罩7附着尘埃等而受到污染的情况下，能够更换该防尘罩7。因此，能够很容易地将HMD1维持为清洁的状态。

这里，在导光部件6L没有形成为沿着观察者的头部的弯曲形状，例如形成为平板状的情况下，导光部件6L的重心容易成为从观察者脱离的位置，导致佩戴感降低。与此相对，由于导光部件6L形成为沿着观察者的头部的弯曲形状，所以能够使该导光部件6L的重心位置接近观察者。因此，可提高HMD1的佩戴感，并且，能够稳定地佩戴该HMD1。

另一方面，若导光部件6L形成为弯曲形状，则难以管理该导光部件6L与镜筒53的缝隙G，导致缝隙G增大等而尘埃容易侵入。即使在这样的情况下，由于通过防尘罩7L封闭缝隙G，所以也能够抑制尘埃的侵入，能够恰宜地起到使导光部件6L成为弯曲形状带来的上述效果。

在具有导光部件6R以及防尘罩7R的光学装置3R中也相同。

[实施方式的变形]

本发明并不限于上述的实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改进等也包含于本发明。

在上述实施方式中，导光部件6L成为被第三面S3反射的图像光的一部分在被第一面S1反射之后被第二面S2反射，并经由该第一面S1引导至观察者的眼睛的构成，但本发明并不限于此。即，导光部件中的光学面能够适当地变更。例如，也可以成为被第三面S3反射的图像光朝向观察者的眼睛的构成。该情况下，例如只要构成为改变第一面S1相对于上述射出侧光轴AX的角度，从该第三面S3入射的图像光以小于临界角的角度入射至第一面S1即可，第一面S1也可以不兼作全反射面与光出射面。导光部件6R也相同。

在上述实施方式中，在导光部件6L与防尘罩7L之间形成了空气层AL，但本发明并不限于此。例如，也可以借助比导光部件6L的折射率小的材料来使该导光部件6L与防尘罩7L接触。该情况下，也可以在该构成中将导光部件6L构成为图像光以第四面S4的临界角以上的角度入射至该第四面S4。另外，也可以使用由该材料构成的粘合剂来使导光部件6L与防尘罩7L一体化。在导光部件6R以及防尘罩7R中也相同。

在上述实施方式中，防尘罩7被设置为相对于导光部件6以及第二罩42自由拆装，但本发明并不限于此。例如，也可以成为在第四面S4中与区域S421之间形成空气层AL，并且与区域S422接合的构成。另外，安装防尘罩7的构成也可以不是第二罩42而是镜筒53的侧面。该情况下，只要构成为经由凹部421使该侧面露出，防尘罩7的端面7C紧贴该侧面即可。并且，防尘罩7也可以与导光部件6、第二罩42以及镜筒53的至少任意一个一体化。即，只要具有将镜筒53与导光部件6之间的缝隙G封闭的功能即可，本发明的封闭部可以被设置为相对于某个部件自由拆装，也可以与某个部件一体化。

在上述实施方式中，在导光部件6L中，在第四面S4与第三面S3之间设定有图像光的对焦部位FS，但本发明并不限于此。即，也可以在其他位置设定对焦部位FS，还可以在导光部件6L内不设定对焦部位FS。在导光部件6R中也相同。

在上述实施方式中，防尘罩7L具有与和第四面S4中的第二区域S42交叉的交叉面641、642抵接而夹持安装部64的夹持部71，但本发明并不限于此。即，将防尘罩7L安装于导光部件6L的构成也可以是其他构成。在防尘罩7R中也相同。

在上述实施方式中，作为具有弹性的材料利用硅酮橡胶来形成防尘罩7，但本发明并不限于此。即，防尘罩的7的材料也可以是其他材料，例如也可以是PC（polycarbonate：聚碳酸酯）、PMMA（polymenthyl methacrylate：聚甲基丙烯酸甲酯）等具有刚性的树脂。另外，该防尘罩7具有透光性，但也可以具有遮光性，还可以着上规定的颜色。

在上述实施方式中，对辅助框架25设置了视力矫正用的透镜251L、251R，但本发明并不限于此。即，也可以代替该透镜251L、251R而配置具有其他光学特性的光学部件。作为这样的光学部件，例如也可以采用抑制规定波长的色光透过的滤光片，该情况下，能够修正被视觉确认的图像的色调。另外，作为该光学部件，也可以采用抑制具有相对较强的能量的蓝色光透过的滤光片，该情况下，能够减少给观察者的眼睛带来的影响。

另外，采用了在辅助框架25具有一对透镜251L、251R和一对镜圈252L、252R以及鼻框架253的构成，但本发明并不限于此，也可以为具有一个透镜以及一个镜圈的构成。

在上述实施方式中，导光部件6L、6R形成为沿着观察者的头部的形状的弯曲形状，但本发明并不限于此。例如，也能够采用平板状的导光部件。另外，上述各面S1～S5也可以不是自由曲面，导光部件的形状能够适当地变更。并且，第四面S4中的第一区域S41以及第二区域S42也可以是分别不同的自由曲面。

在上述实施方式中，第二面S2是形成有半透过层的半透半反镜，但本发明并不限于此。即，也可以采用偏振分束器、全息图等衍射光栅等。

在上述实施方式中，作为虚像显示装置，例示了具备使图像光入射至观察者的左眼的光学装置3L和使图像光入射至观察者的右眼的光学装置3R的HMD1，但本发明并不限于此。即，也可以构成为具备这些光学装置3L、3R中的一个光学装置的HMD。并且，导光部件6成为沿着观察者的头部的左右方向的形状，但并不局限于此，也可以为沿着上下方向的形状。该情况下，也可以不将光学单元5设置于观察者的太阳穴的位置而设置在头顶部附近或者下巴附近。

在上述实施方式中，图像形成装置51成为具备光源装置511和具有透射式的液晶面板的光调制装置512的构成，但本发明并不限于此。例如，也可以代替透射式的液晶面板而采用反射型的液晶面板。另外，也可以代替液晶面板而采用使用了微镜的器件等液晶以外的光调制装置。并且，也可以代替光源装置511以及光调制装置512而采用由有机EL（Electroluminescence：电致发光）、等离子体等自发光元件构成的面板。进而，也可以采用经由投射光学装置52以及导光部件6，通过由图像光扫描视网膜来视觉确认图像的图像形成装置，构成为视网膜投影型（例如，激光视网膜投影型）的HMD。

并且，HMD1也可以无需具有图像形成装置51，例如构成为利用光纤等光波导导入由与HMD连接的外部设备形成的图像光，并将该图像光入射至投射光学装置。

在上述实施方式中，作为虚像显示装置，例示了透视型HMD1，但本发明并不限于此。即，对于不能够观察外界的非透射式的HMD、显示由对外界进行拍摄的拍摄元件获得的拍摄图像的视频透视型HMD，也能够应用本发明。

工业上的可利用性

本发明能够利用于虚像显示装置，例如能够适宜地利用到佩戴于观察者的头部的HMD。

附图标记说明

1…HMD（虚像显示装置）；2…框架（第一框架）；6（6L、6R）…导光部件；7（7L、7R）…防尘罩（封闭部件）；25…辅助框架（第二框架）；51…图像形成装置；52…投射光学装置；53…镜筒；71…夹持部；72…凹部；73…抵接部；251L、251R…透镜（光学部件）；252L、252R…镜圈；641、642…交叉面；AL…空气层；FS…对焦部位；G…缝隙；S1…第一面（第四反射区域、光出射区域）；S2…第二面（第五反射区域）；S3…第三面（第三反射区域）；S41…第一区域（光入射区域）；S42…第二区域（第二反射区域）；S5…第五面（第一反射区域）。

Claims (8)

1.一种虚像显示装置，其特征在于，是被佩戴在观察者的头部来显示虚像的虚像显示装置，具备：

投射光学装置，其投射构成图像的光；

镜筒，其将所述投射光学装置收纳于内部；

透光性的导光部件，其使来自所述投射光学装置的光在内部反射并引导至所述观察者的眼睛，将所述图像视觉确认为虚像；以及

封闭部，其将形成于所述导光部件以及所述镜筒之间的缝隙封闭，

所述导光部件具有使来自所述投射光学装置的光全反射并进行引导的光学面，

所述封闭部被设置成与所述光学面之间形成比所述导光部件折射率低的低折射率层且覆盖所述光学面，

所述导光部件具有：

光入射区域，其被入射来自所述投射光学装置的光；

第一反射区域，其被配置成相对于入射至所述光入射区域的光的中心轴倾斜，并使入射的光反射；以及

第二反射区域，其被入射由所述第一反射区域反射的光，并使入射的光反射，

所述光学面是所述第二反射区域。

2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，

所述低折射率层是空气层。

3.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其特征在于，

所述导光部件具有：

第三反射区域，其与所述第二反射区域对置，使被该第二反射区域反射的光反射；

第四反射区域，其与所述第三反射区域对置，使被该第三反射区域反射的光反射；

第五反射区域，其使从所述第四反射区域入射的光朝向所述观察者的眼睛反射；以及

光出射区域，其将被所述第五反射区域反射的光朝向所述观察者的眼睛射出，

所述导光部件在所述第二反射区域与所述第三反射区域之间设定有构成所述图像的光进行对焦的对焦部位。

4.根据权利要求2或者3所述的虚像显示装置，其特征在于，

所述封闭部具有：

抵接部，其在所述导光部件中与所述第二反射区域的周缘部抵接；和

凹部，其在所述抵接部与所述周缘部抵接时，与所述第二反射区域之间形成所述空气层。

5.根据权利要求2或3所述的虚像显示装置，其特征在于，

所述导光部件在从所述观察者侧观察与沿着所述第二反射区域的方向大致正交方向上隔着所述第二反射区域的位置具有与该第二反射区域交叉的一对交叉面，

所述封闭部具有与所述一对交叉面抵接来夹持所述导光部件的夹持部。

6.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其特征在于，具备：

第一框架，其支承所述镜筒以及所述导光部件；以及

第二框架，其被安装于所述第一框架，相对于所述导光部件位于所述观察者侧，

所述第二框架具备：

光学部件，其与所述观察者的眼睛对应设置并具有规定的光学特性；和

分别保持所述光学部件的镜圈，

所述镜圈与所述封闭部抵接。

7.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其特征在于，

所述封闭部具有弹性且被设置为相对于所述导光部件自由拆装。

8.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其特征在于，

所述导光部件具有沿着所述观察者的头部的弯曲形状。