CN104749781A - 虚像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及虚像显示装置。提供能够形成宽视场角的图像且能够良好地维持影像光的导光状态的虚像显示装置。导光装置(20)的作为构成导光构件(10)的多个光学面的第1面(S11)等中，关于作为局部被覆光学面(CS)的第4面(S14)，在离开局部被覆光学面(CS)即第4面(S14)的部位形成中间像。由此，在作为难以去掉灰尘、污渍等的部位或者不可去除灰尘、污渍等的部位的局部被覆光学面(CS)即第4面(S14)中，即使产生灰尘、污渍等，也能够降低由其对图像产生的影响，并且，通过成为形成中间像的结构而能够显示宽视场角的图像。

Description

虚像显示装置

技术领域

本发明涉及为了向观看者提供通过图像显示元件等形成的影像而对影像光进行引导的导光装置，尤其涉及适于佩戴于观看者的头部的头戴式显示器的虚像显示装置。

背景技术

作为组入于在观看者的头部佩戴的头戴式显示器(以下，也称为HMD)等的虚像显示装置的光学系统而提出了各种方案(例如，参照专利文献1)。

在这样的虚像显示装置中，为了使光学系统小型化、并且使影像显示装置离开观看者的眼睛的位置从而不妨碍视野，采用使显示图像光在光学系统中成像一次而形成中间像并对该中间像进行放大使之可见的中继光学系统即可。

可是，在棱镜等光学构件中，在采用中继光学系统来形成中间像的情况下，在该中间像的附近，若在光学构件的表面存在灰尘、污渍等，则这些灰尘、污渍等会被放大而被观看者看到。从而，虽然优选在光学构件的内部形成中间像，但是在光学设计上却难以使全部的中间像形成于光学构件的内部，有可能避免不了在光学构件的表面形成中间像的一部分。在这样的情况下，有可能在光学构件的表面附着灰尘、污渍等而产生图像劣化。

现有技术文献

专利文献1日本特开2013—200553号公报

发明内容

本发明目的在于提供能够形成宽视场角的图像且能够良好地维持影像光的导光状态的虚像显示装置。

本发明涉及的虚像显示装置具备：影像元件，其产生影像光；导光构件，其具有多个光学面，通过在内面进行反射而对来自影像元件的影像光进行导光并且形成中间像；以及连结构件，其配置在从影像元件到导光构件之间，连结于导光构件且将导光构件局部覆盖；导光构件，作为多个光学面包括从被连结构件覆盖的第1区域到不被连结构件覆盖的第2区域的局部被覆光学面，在从局部被覆光学面偏离的部位形成中间像。

在此，构成光学构件的光学面是指具有光学功能的面，是指例如在内面进行反射而进行导光的面和/或供光入射的光入射面、使光射出的光射出面。

在所述虚像显示装置中，关于局部被覆光学面，在从该局部被覆光学面离开的部位形成中间像，其中，该局部被覆光学面是构成导光构件的多个光学面之中的、以与连结于导光构件的连结构件相对的方式配置且具有被连结构件覆盖的部分和未被连结构件覆盖的部分的光学面。在该情况下，在成为导光构件与连结构件的接近部位、且是难以去除灰尘、污渍等的部位或者无法去除灰尘、污渍等的部位的局部被覆光学面中，即使产生了或配置有在图像的导光时成为劣化的原因的事物，也能够降低由此产生的对图像形成的影响。即，虚像显示装置，通过形成中间像而能够显示宽视场角的图像，并且能够良好地维持导光构件中的影像光的导光状态。

在本发明的具体的侧面，在导光构件中，在从相对于局部被覆光学面向内部离开的一侧到与局部被覆光学面相对的面的一侧的范围内形成中间像。

在本发明的另一侧面，还具备防尘构造，该防尘构造形成在导光构件与连结构件之间的、至少局部被覆光学面与连结构件的端部之间。在该情况下，利用防尘构造来抑制灰尘、污渍进入局部被覆光学面与连结构件的端部之间，从而能够防止图像的劣化。

在本发明的又一侧面，防尘构造具有密封构件，该密封构件与局部被覆光学面中的有效导光区域上接触地形成，对局部被覆光学面与连结构件之间进行密封。在该情况下，通过例如以紧贴于局部被覆光学面的方式安装作为防尘构造的密封构件，可避免灰尘、污渍附着于局部被覆光学面中被连结构件覆盖的部分的面上和/或连结构件的内部侧。例如，在具有镜筒部作为连结构件的情况下，利用密封构件对局部被覆光学面与镜筒部之间进行密封，从而能够将镜筒部的内部密闭，其中，该镜筒部收纳与局部被覆光学面相对地射出影像光的投影透镜。由此，镜筒部与密封构件配合而能够对投影透镜和/或局部被覆光学面中被覆的部分防尘。另外，此时，局部被覆光学面配置成离开中间像的形成部位，即影像光在局部被覆光学面的有效导光区域上处于未聚光的状态。由此，即使密封构件接触于局部被覆光学面的有效导光区域上，也能使得接触部分对影像光的影响不大。

在本发明的又一侧面，密封构件沿着被所述连结构件覆盖的第1区域与未被覆盖的第2区域的交界延伸，在局部被覆光学面的有效导光区域上，以在对影像光进行导光的导光方向上的0.5mm以内的宽度与有效导光区域接触。该情况下，即使例如影像光的成分被密封构件局部吸收，因被吸收带来的对图像的影响也能够被抑制在不会被视觉辨认到的程度。

在本发明的又一侧面，防尘构造为弹性构件。该情况下，对局部被覆光学面与连结构件之间，能够在防止对光学系统造成损伤的同时无间隙地可靠地进行密封。

在本发明的又一侧面，导光构件在有效导光区域以外的面上，具有进行了表面纹理加工的部分。该情况下，能够抑制因漏光在有效导光区域以外的面上被未意图地反射而被视觉辨认到所引起的图像的劣化。

在本发明的又一侧面，连结构件为收纳将来自影像元件的光朝向导光构件进行投影的投影透镜的镜筒部。该情况下，能够避免灰尘、污渍附着于投影透镜和/或导光构件中与投影透镜相对的光学面。

在本发明的又一侧面，镜筒部具有与导光构件相嵌合的嵌合构造。该情况下，通过嵌合可以实现镜筒部与导光构件的准确的对位，另外，例如若具有防尘构造，则通过使防尘构造与嵌合构造配合，在镜筒部与导光构件之间能够完全防尘或者防水(防潮)。

在本发明的又一侧面，局部被覆光学面为非轴对称的曲面。该情况下，可以实现小型且高性能的图像形成。

在本发明的又一侧面，导光构件包括4个以上的面作为多个光学面，多个光学面中的第1面与第3面相对地配置；来自影像元件的影像光在第3面全反射，在第1面全反射，在第2面反射，之后，透射第1面，到达观看侧；在导光构件中，第1面与第3面为彼此大致平行的平面；局部被覆光学面，是与第3面相对地配置、对来自影像元件的影像光进行全反射而向第3面引导的第4面。该情况下，关于透射过第1面与第3面而被观看到的外界光，能够使视度误差大致为零，尤其是，能够使关于外界像的表观的倍率误差大致为零，成为接近裸眼状态的状态。

在本发明的又一侧面，在导光构件中，在比第4面靠近第3面的一侧形成中间像。该情况下，通过第3面配置于与作为局部被覆光学面的第4面相对的位置，例如可以将第3面配置于容易去除灰尘、污渍的位置，能够在中间像和/或其附近维持为不存在灰尘、污渍的状态。

在本发明的又一侧面，还具备光透射构件，该光透射构件通过贴合于导光构件，使外界光与影像光重叠而被视觉辨认到。该情况下，能够构成使影像光与外界光重叠的透视型的光学系统。

附图说明

图1是对作为本发明的一个实施方式的虚像显示装置的外观简单地进行说明的立体图。

图2是表示从虚像显示装置取下外部装饰构件后的内部构造的立体图。

图3(A)是表示虚像显示装置的外观的俯视图，(B)是主视图，(C)是侧视图。

图4是从另外的角度表示虚像显示装置的外观的立体图。

图5是构成虚像显示装置的主体部分的俯视的剖视图。

图6是关于虚像显示装置中的影像光的光路进行表示的图。

图7是表示虚像显示装置中导光装置及投影透镜向框架固定的状况的分解立体图。

图8是表示实施了表面纹理加工后的导光装置的一例的立体图。

图9是表示漏光的光路的一例的图。

符号说明

10…导光构件，10g…安装部，10k…背面，10s…主体，10u…螺孔，11…导光部分，12…导光部分，12j…顶端部，12m…侧面，15…半反射半透射镜层，20…导光装置，20a、20b…露出面，27…硬涂层，30…投影透镜，31—33…光学元件(透镜)，31a…透镜面，39…镜筒部(连结构件)，39f…上端面，39g…安装部，39m…内面，39t…端部(嵌合构造)，39x…凸起，40…鼻托部，50…光透射构件，61e…固定部，61f…固定部，61s…孔，61u…螺孔，61v…螺钉，65a…侧方端部，68e…面，68f…背面，70…投影透视装置，80…图像显示装置，81…照明装置，82…影像显示元件，84…驱动控制部，86…影像元件壳体，100…虚像显示装置，100A、100B…显示装置，101a、101b…光学构件，102…框部，104…鬓角部，105a、105b…像形成主体部，105d…外部装饰构件，107…框架，107a…正面部，107b、107c…侧面部，108…树脂部，CC…粘接层，CN…接合部，CP…槽部，CS…局部被覆光学面，D1…第1区域，D2…第2区域，DS…防尘构造，EY…眼睛，GL…影像光，HL…外界光，II…中间像的像面，OI…像面，PA…部分区域，RM…光反射膜，S11—S15…面，S51—S53…透射面，SP…密封构件，TP…凸部，w…宽度

具体实施方式

以下，在参照图1等的同时，对本发明涉及的导光装置及包括导光装置的虚像显示装置的一个实施方式详细地进行说明。

如图1所示，本实施方式的包括导光装置的虚像显示装置100为具有像眼镜那样的外观的头戴式显示器，能够使通过虚像产生的图像光(影像光)对于佩戴了该虚像显示装置100的观看者或使用者而言可视觉辨认到，并能够使观看者透视地视觉辨认到或观看外界像。虚像显示装置100具备可透视地覆盖观看者的眼前的第1及第2光学构件101a、101b、对两光学构件101a、101b进行支撑的框部102和附加于从框部102的左右两端到后方的悬挂部分(鬓角)104的部分的第1及第2像形成主体部105a、105b。在此，在附图上将左侧的第1光学构件101a与第1像形成主体部105a组合而成的第1显示装置100A是形成右眼用的虚像的部分，可单独作为虚像显示装置发挥功能。另外，在附图上将右侧的第2光学构件101b与第2像形成主体部105b组合而成的第2显示装置100B是形成左眼用的虚像的部分，可单独作为虚像显示装置发挥功能。

图2表示虚像显示装置100的内部构造，通过将图2与图1进行比较，将虚像显示装置100的外观与内部进行对比。例如，第1及第2像形成主体部105a、105b分别由收纳于镜筒部39的投影透镜30、包括影像显示元件(影像元件)82的图像显示装置80构成。

如在图1～图4的各图中表示外观和/或内部那样，设置于虚像显示装置100的框部102具备配置于上端侧的框架107和沿着框架107配置于其背侧的树脂部108。此外，虚像显示装置100为在下侧不存在框状的部分的结构。构成框部102的框架107为呈U字状折弯了的细长的板状的构件，具备在对于观看者而言的与眼睛的排列对应的方向即左右的横向上延伸的正面部107a和在对于观看者而言的与前后对应的方向即进深方向上延伸的一对侧面部107b、107c。框架107即正面部107a与侧面部107b、107c为由铝铸及其他各种金属材料形成的金属制的一体部件。树脂部108沿着框架107配置，通过与框架107嵌合而与框架107相配合地能够收纳例如用于图像形成的各种线缆等。在框架107中，正面部107a及树脂部108的进深方向的宽度为与对应于第1及第2光学构件101a、101b的导光装置20的厚度或宽度相同程度。通过将第1光学构件101a与第1像形成主体部105a对准并利用例如螺钉固定进行直接固定，从而将第1光学构件101a和第1像形成主体部105a支撑于框架107的左侧方，具体而言在从面向正面部107a的左端侧到侧面部107b的部分。另外，通过将第2光学构件101b与第2像形成主体部105b对准并利用例如螺钉固定进行直接固定，从而将第2光学构件101b和第2像形成主体部105b支撑于框架107的右侧方，具体而言在从面向正面部107a的右端侧到侧面部107c的部分。此外，第1光学构件101a与第1像形成主体部105a通过嵌合而彼此对准，第2光学构件101b与第2像形成主体部105b通过嵌合而彼此对准。

构成框部102的框架107及树脂部108不仅对第1及第2像形成主体部105a、105b进行支撑，还具有与覆盖第1及第2像形成主体部105a、105b的盖状的外部装饰构件105d相配合来保护第1及第2像形成主体部105a、105b的内部的作用。此外，框架107与连结于第1及第2像形成主体部105a、105b的第1及第2像光学构件101a、101b或导光装置20的除了根基侧以外的上侧部分分离或松接触。因此，即使在中央的导光装置20与包括框架107的框部102之间存在热膨胀率的差，也容许导光装置20在框部102内膨胀，能够防止在导光装置20产生翘曲、变形、破损。

付随于框部102，设置有鼻托部40。鼻托部40具有通过抵接于观看者的鼻子而对框部102进行支撑的作用。也就是说，框部102通过支撑于鼻子的鼻托部40与支撑于耳朵的一对鬓角部104，配置于观看者的面前。鼻托部40在构成框部102的一方的框架107的正面部107a，通过螺钉固定而进行固定。此外，如以上那样参照图1而示的外观为一例，关于例如通过螺钉固定而被固定的机构等的作为光学机构而无直接关系的部位等，可以适当变更设计。

如图2等所示，第1显示装置100A能够看作具备作为投影用的光学系统的投影透视装置70和形成影像光的图像显示装置80。投影透视装置70具有将通过图像显示装置80形成的图像作为虚像投影于观看者的眼睛的作用。投影透视装置70具备第1光学构件101a或导光装置20、和成像用的投影透镜30。第1光学构件101a或导光装置20由导光及透视用的导光构件10和透视用的光透射构件50构成。此外，第1像形成主体部105a由图像显示装置80和投影透镜30构成。另外，虽然详情后述，但是由透镜组构成的投影透镜30被镜筒部39收纳，并且，在镜筒部39的端部39t，通过嵌合而以与导光装置20高精度地定位的状态进行固定。

图像显示装置80除了作为透射型的空间光调制装置的影像显示元件(影像元件)82之外，虽然在后详述，但是还具有作为向影像显示元件82射出照明光的背光源的照明装置(未图示)和/或对影像显示元件82等的工作进行控制的驱动控制部(未图示)。影像显示元件82收纳于影像元件壳体86，经由影像元件壳体86组装于收纳成像用的投影透镜30的镜筒部39。换言之，镜筒部39为配置于从影像显示元件82到导光装置20之间的连结构件，该镜筒部39为在连结于导光装置20而将导光装置20中的导光构件10局部覆盖的同时将导光装置20与投影透镜30连结的连结构件。

导光装置20如已述那样，由导光及透视用的导光构件10和透视用的光透射构件50构成。导光构件10为棱镜型的导光装置20的一部分，虽然为一体的构件，但是能够被分成光射出侧的第1导光部分11和光入射侧的第2导光部分。光透射构件50为对导光构件10的透视功能进行辅助的构件(辅助光学模块)，与导光构件10一体地固定而成为1个导光装置20。具有上述那样的结构的导光装置20中，通过位于光源侧(根基侧)的顶端部12j嵌合于镜筒部39的端部39t，高精度地定位固定于投影透镜30。

在此，例如如图3(A)～3(C)和/或图4等所示，构成光学装置20的光学面中，作为表侧(外侧)的露出面的第1露出面20a、作为背侧(内侧)的露出面的第2露出面20b是暴露于外部且影响透视的功能的部分。因此，这些露出面20a、20b优选不会附着灰尘、尘土或者皮脂的污渍等，或者即使附着也容易擦除。此外，如图所示，第1露出面20a由导光构件10的光学面中的第3面S13和作为光透射构件50的光学面的第3透射面S53构成，第2露出20b由导光构件10的光学面中的第1面S11及第4面S14和光透射构件50的光学面中的第1透射面S51构成。例如，第1露出面20a、第2露出面20b中靠近鼻托部40侧的平坦的部分等可认为是比较容易擦拭的部位。相对于此，第2露出面20b中靠近作为连结构件的镜筒部39的部分可认为容易产生灰尘、尘土的擦除的问题。具体而言，如图4所示，构成第2露出面20b的光学面中，局部被覆光学面CS相比于第1露出面20a难以擦拭，该局部被覆光学面CS是在从被收纳投影透镜30等和镜筒部39(参照图2)的外部装饰构件105d覆盖的区域到未被覆盖的区域配置的面，这样的面及其周边的处理非常重要。在图示的例子中，第2露出面20b中第4面S14成为局部被覆光学面CS。而且，在本实施方式中，在导光装置20的导光构件10与覆盖投影透镜30的镜筒部39之间具有防尘构造DS。虽然更具体地在后叙述，但是在本实施方式中，防尘构造DS具有与局部被覆光学面CS(第4面S14)的有效导光区域接触的密封构件SP，将局部被覆光学面CS与镜筒部39之间密封，即密闭镜筒部39的内部。由此，缓解局部被覆光学面CS的周边的灰尘、尘土等的问题。具体而言，在像局部被覆光学面CS的周边这样的部分，虽然灰尘、尘土等进入镜筒部39的内部而无法取除的情况成为问题，但是通过密封构件SP可以避免这样的问题。另外，虽然进一步在后叙述，但是在本实施方式中，局部被覆光学面CS构成为离开影像光的中间像的位置(从中间像的位置偏离)。由此，构成为在作为光学面的局部被覆光学面CS上，即使产生灰尘、尘土等或接触有密封构件SP，也会使对影像光的导光的干预降低。通过以上内容，虚像显示装置100能够形成宽视场角的图像，且能够良好地维持影像光的导光状态。

以下，参照图5，关于包括密封构件SP即防尘构造DS的虚像显示装置100，对光学结构详细地进行说明。为此，前提是首先关于构成第1像形成主体部105a(参照图1)的图像显示装置80与投影透镜30详细地进行说明。

图像显示装置80除了所述的影像显示元件82之外，还具有对影像显示元件82射出照明光的照明装置81和对照明装置81及影像显示元件82的工作进行控制的驱动控制部84。

图像显示装置80的照明装置81具有产生包括红、绿及蓝的3色的光的光源81和/或使来自该光源的光扩散而成为矩形截面的光束的背光导光部。影像显示元件(影像元件)82例如由液晶显示器件形成，由多个像素构成，对来自照明装置81的照明光空间性地进行调制而形成应当成为动态图像等的显示对象的图像光。此外，虽然省略图示，但是驱动控制部84由光源驱动电路和/或液晶驱动电路构成，该光源驱动电路向照明装置81供给电力而射出稳定的辉度的照明光，该液晶驱动电路通过对影像显示元件(影像元件)82输出图像信号或驱动信号，形成作为透射率图形而成为动态图像和/或静态图像的基础的彩色的影像光或图像光。此外，虽然能够使液晶驱动电路具有图像处理功能，但是也能够使外带的控制电路具有图像处理功能。

投影透镜30为沿着入射侧光轴具备3个光学元件(透镜)31～33作为构成要素的投影光学系统，由收纳这些光学元件31～33的镜筒部支撑。光学元件31～33是包括非轴对称的非球面(非轴对称非球面)与轴对称的非球面(轴对称非球面)的双方的非球面透镜，与导光构件10的一部分相配合而在导光构件10的内部形成与影像显示元件82的显示像对应的中间像。此外，各透镜(光学元件)31～33中，第1透镜31的光射出面即透镜面31a为非轴对称非球面，关于透镜面31a以外的透镜面，成为轴对称非球面。

以下，关于导光装置20等详细地进行说明。如上述那样，导光装置20由导光构件10和光透射构件50构成。其中，导光构件10在俯视中，靠近鼻子的中央侧(眼前侧)的部分呈直线状延伸。导光构件10中，配置于靠近鼻子的中央侧即光射出侧的第1导光部分11具有第1面S11、第2面S12和第3面S13作为具有光学功能的侧面，配置于离开鼻子的周边侧即光入射侧的第2导光部分12具有第4面S14和第5面S15作为具有光学功能的侧面。其中，第1面S11与第4面S14连续地邻接，第3面S13与第5面S15连续地邻接。并且，在第1面S11与第3面S13之间配置第2面S12，第4面S14与第5面S15形成大的角度而邻接。进而，在此，相对配置的第1面S11与第3面S13为彼此大致平行的平面形状。另一方面，具有光学功能的其他的面即第2面S12、第4面S14及第5面S15为非轴对称的曲面(自由曲面)。此外，如已述那样，第3面S13构成第1露出面20a，第1面S11及第4面S14构成第2露出面20b。

此外，在导光装置20中，导光构件10通过粘接层CC而与光透射构件50接合，将由导光构件10及光透射构件50的接合面和粘接层CC构成的部分设为接合部CN。此外，导光装置20，在通过接合部CN将应当成为导光构件10及光透射构件50的基体材料接合的基础上，通过浸渍处理对接合的基体材料进行涂层而形成。即，导光构件10的硬涂层27与光透射构件50一起设置于导光装置20整体。

在此，在本实施方式中，如所述那样，导光装置20的作为构成导光构件10的光学面之一的第4面S14成为局部被覆光学面CS。具体而言，第4面S14成为局部被覆光学面CS而配置在从被作为连结构件的镜筒部39的端部39t(参照图2)覆盖的第1区域D1到未被端部39t覆盖的第2区域D2上的范围内。而且，在本实施方式中，局部被覆光学面CS(第4面S14)中，设置有具有沿着第1区域D1与第2区域D2的交界延伸的密封构件SP的防尘构造DS。

此外，构成导光构件10的多个面中，关于从第1面S11到第3面S13的面以外的面S14、S15，至少关于1个自由曲面，至少包括1个曲率的符号因方向而不相同的点。由此，可以对影像光的导光精密地进行控制，并能够使导光构件10小型化。

导光构件10中的主体10s由在可见光范围呈现高的光透射性的树脂材料形成，例如通过向金属模具内注入热塑性树脂〃使之固化而成形。此外，作为主体10s的材料，例如能够采用环烯烃聚合物等。虽然主体10s为一体形成品，但是导光构件10如已经说明那样能够在功能上分成第1导光部分11和第2导光部分12来进行考虑。第1导光部分11可以进行影像光GL的导波及射出，并且可以透视外界光HL。第2导光部分12可以进行影像光GL的入射及导波。

在第1导光部分，第1面S11作为向第1导光部分11外射出影像光GL的折射面而发挥功能，并且作为使影像光GL在内面侧全反射的全反射面而发挥功能。第1面S11配置于眼睛EY的正面，如已述那样，呈平面形状。此外，第1面S11是通过实施于主体10s的表面的硬涂层27而形成的面。

第2面S12是主体10s的表面，在该表面附带半反射半透射镜层15。该半反射半透射镜层15是具有光透射性的反射膜(即半透射半反射膜)。半反射半透射镜层(半透射半反射膜)15不在第2面S12的整体上形成，而是形成在以第2面S12为主关于沿着Y轴的垂直方向变窄的部分区域(图示省略)上。半反射半透射镜层15在主体10s的基底面中的部分区域PA上，通过使金属反射膜和/或电介质多层膜成膜而形成。半反射半透射镜层15的对影像光GL的反射率，从容易通过透视来观察外界光HL的观点来看，在设想的影像光GL的入射角范围中为10％以上且50％以下。具体的实施例的半反射半透射镜层15的对影像光GL的反射率，例如设定为20％，对影像光GL的透射率例如设定为80％。

第3面S13作为使影像光GL在内面侧全反射的全反射面而发挥功能。第3面S13配置于眼睛EY的大致正面，与第1面S11同样地，呈平面形状，且第1面S11与第3面S13为彼此平行的面，由此，在使外界光HL通过第1面S11与第3面S13从而看到外界光HL时，视度为0，尤其是，不会产生变倍。此外，第3面S13是通过实施于主体10s的表面的硬涂层27而形成的面。

在第2导光部分12，第4面S14作为使影像光GL在内面侧全反射的全反射面而发挥功能。第4面S14也作为使影像光GL入射于第2导光部分12内的折射面而发挥功能。即，第4面S14兼具作为使影像光GL从外部入射于导光构件10的光入射面和在导光构件10的内部使影像光GL传播的反射面的功能。此外，第4面S14是通过实施于主体10s的表面的硬涂层27而形成的面。

在第2导光部分12，第5面S15通过在主体10s的表面上使由无机材料形成的光反射膜RM成膜而形成，作为反射面而发挥功能。

如以上那样，在本实施方式中，在导光构件10的内部，通过包括至少2次全反射的从第1面S11到第5面S15的5次反射，对来自影像显示元件82的影像光进行导光。由此，能够使影像光GL的显示与视觉辨认外界光HL的透视同时成立，且可以进行影像光GL的像差的校正。

光透射构件50如已述那样与导光构件10一体地固定而成为1个导光装置20，是对导光构件10的透视功能进行辅助的构件(辅助光学模块)。光透射构件50具有第1透射面S51、第2透射面S52和第3透射面S53作为具有光学功能的侧面。在此，在第1透射面S51与第3透射面S53之间配置有第2透射面S52。第1透射面S51位于导光构件10的第1面S11延伸了的面上，第2透射面S52为通过粘接层CC而接合于该第2透射面S12从而与该第2透射面S12一体化了的曲面，第3透射面S53位于导光构件10的第3面S13延伸了的面上。其中，第2透射面S52与导光构件10的第2面S12通过介由薄的粘接层CC的接合而一体化，因此具有大致相同的曲率的形状。

光透射构件(辅助光学模块)50在可见光范围呈现高的光透射性，光透射构件50的主体部分由具有与导光构件10的主体10s大致相同的折射率的热塑性树脂材料形成。此外，光透射构件50在使主体部分接合于导光构件10的主体10s之后，在接合的状态下与主体10s一起被实施了通过硬化涂敷(hard coat)进行的成膜而形成。即，光透射构件50与导光构件10同样，在主体部分的表面实施有硬涂层27。第1透射面S51与第3透射面S53是通过实施于主体部分的表面的硬涂层27而形成的面。

在由以上那样的导光构件10及光透射构件50构成的导光装置20与收纳投影透镜并且作为连结构件发挥功能的镜筒部39之间设置有防尘构造DS。该防尘构造DS是由树脂制的材料形成的合成橡胶等弹性构件。防尘构造DS具有密封构件SP和凹部形状的安装槽部CP，该密封构件是与导光装置20的第4面S14的局部被覆光学面CS的有效导光区域接触的光学面接触部，该凹部形状的安装槽部CP与构成镜筒部39的端部39t的顶端的凸部对应。由此，防尘构造DS能够实现镜筒部39的端部39t与导光构件10的局部被覆光学面CS(第4面S14)之间的防尘或者防水(防潮)。此外，虽然详情在后叙述，但是关于由防尘构造DS进行防尘的部位以外的防尘，通过镜筒部39具有用于与导光装置20相嵌合的嵌合构造来实现。

防尘构造DS中，密封构件SP沿着第1区域D1与第2区域D2的交界延伸(参照图4)，在对影像光进行导光的导光方向(X方向)上的宽度w的值为0.5mm以内。

在此，一般地，认为最好不使物体接触于局部被覆光学面CS(第4面S14)那样光学上有效的主要面。相对于此，在本实施方式中构成为，在从作为光学上有效的面即光学面的局部被覆光学面CS(第4面S14)离开的部位形成影像光的中间像。换言之，在局部被覆光学面CS上，形成可谓未对焦的模糊的图像。在该状态下，如所述那样，通过将在对影像光进行导光的导光方向上的宽度w抑制为0.5mm以内，即使产生在图像的导光时成为劣化的要因的事物，也可以降低由此产生的对图像形成的影响，并良好地维持导光构件中的影像光的导光状态。

此外，构成防尘构造DS的密封构件SP是具有可变性的弹性构件，由此，即使在第4面S14(局部被覆光学面CS)是非轴对称曲面即自由曲面的情况下，也能够维持可靠的密封。

以下，参照图6，关于虚像显示装置100中的影像光GL等的光路具体地进行说明。从影像显示元件(影像元件)82射出的影像光GL通过构成投影透镜30的各透镜31～33，从而在会聚的同时产生预期的像散现象而入射于在导光构件10设置的具有正的折射能力的第4面S14。此外，该像散现象在经过导光构件10的各面期间抵消，最终影像光在初始的状态下朝向观看者的眼睛射出。

入射于导光构件10的第4面S14而通过其的影像光GL在会聚的同时行进，在经由第2导光部分12时，在具有比较弱的正的折射能力的第5面S15反射，从内侧再次入射于第4面S14而反射。

在第2导光部分12的第4面S14反射的影像光GL，在第1导光部分中，入射于实质上不具有折射能力的第3面S13而全反射，入射于实质上不具有折射能力的第1面S11而全反射。

在此，影像光GL在经由第3面S13的前后，在导光构件10中形成中间像。该中间像的像面II对应于影像显示元件82的像面OI。此外，图示的中间像的像面II在从第3面S13到第4面S14的影像光的光路中，形成于比第4面S14(局部被覆光学面CS)靠近第3面S13的一侧，即，在从相对于第4面S14(局部被覆光学面CS)向内部离开的一侧到作为与第4面S14相对的第3面S13侧的范围内形成，中间像的像面II离开第4面S14(局部被覆光学面CS)。由此，防尘构造DS的密封构件SP即使在对影像光进行导光的导光方向(X方向)上的宽度w(参照图5)范围内接触于第4面S14(局部被覆光学面CS)，也能够充分抑制由此产生的对影像光的影响。即，即使存在由些许的密封构件SP对些许的影像光的成分的吸收，也能够使之成为不会由此而感到视觉辨认到的图像变暗的程度。换言之，局部被覆光学面CS中，从第2区域D2所包括的部分向导光装置20的内部侧离开而形成中间像的像面II，保持从中间像的像面II到局部被覆光学面CS的距离以免在影像光GL的导光时劣化。并且，该情况下，构成第1露出面20a的第3面S13可以配置于比较容易去掉(容易擦除)灰尘、污渍的位置，在中间像和/或其附近，能够维持为不存在灰尘、污渍的状态。

返回到图6，虽然在第1面S11全反射的影像光GL入射于第2面S12，但是尤其是入射于半反射半透射镜层15的影像光GL在局部地透射该半反射半透射镜层15的同时还局部地被反射而再次入射于第1面S11并通过。此外，半反射半透射镜层15作为对在此反射的影像光GL具有比较强的正的折射能力的构件而起作用。并且，第1面S11作为并不对通过其的影像光GL具有折射能力的构件而起作用。

通过第1面S11的影像光GL作为大致平行于观看者的眼睛EY的瞳或其等效位置的光束而入射。即，观看者通过作为虚像的影像光GL，观看形成于影像显示元件(影像元件)82上的图像。

另一方面，外界光HL中，入射于导光构件10的比第2面S12靠+X侧的光虽然通过第1导光部分的第3面S13与第1面S11，但是此时，由于第3面S13与第1面S11为彼此大致平行的平面，所以几乎不会产生像差。也就是说，观看者隔着导光构件10观看到不存在失真的外界像。同样地，外界光HL中，入射于导光构件10的比第2面S12靠－X侧也就是说入射于光透射构件50的光，在通过设置于光透射构件50的第3透射面S53与第1透射面S51时，由于第3透射面S53与第1透射面S51为彼此大致平行的平面，所以不会产生像差。也就是说，观看者隔着光透射构件50观看到不存在失真的外界像。进而，外界光HL中，入射于与导光构件10的第2面S12对应的光透射构件50的光，在通过第3透射面S53与第1面S11时，由于第3透射面S53与第1面S11为彼此大致平行的平面，所以不会产生像差。也就是说，观看者隔着光透射构件50观看到不存在失真的外界像。此外，导光构件10的第2面S12与光透射构件50的第2透射面S52都具有大致相同的曲面形状，都具有大致相同的折射率，二者的间隙被大致相同的折射率的粘接层CC填充。也就是说，导光构件10的第2面S12和/或光透射构件50的第2透射面S52对于外界光HL不会作为折射面而起作用。

但是，入射于半反射半透射镜层15的外界光HL因为在局部地透射该半反射半透射镜层15的同时也局部地被反射，所以来自与半反射半透射镜层15对应的方向的外界光HL在半反射半透射镜层15的透射率减弱。另一方面，因为影像光GL从与半反射半透射镜层15对应的方向入射，所以观看者在半反射半透射镜层15的方向上观看到形成于影像显示元件(影像元件)82上的图像和外界像。

在导光构件10内传播而入射于第2面S12的影像光GL中，未被半反射半透射镜层15反射的光虽然入射于光透射构件50，但是通过设置于光透射构件50的未图示的反射防止部可防止返回到导光构件10。也就是说，可防止通过了第2面S12的影像光GL返回到光路上而成为杂散光。并且，从光透射构件50侧入射而在半反射半透射镜层15反射的外界光HL虽然返回到光透射构件50，但是通过设置于光透射构件50的所述的未图示的反射防止部可防止向导光构件10射出。也就是说，可防止在半反射半透射镜层15反射的外界光HL返回到光路上而成为杂散光。

以下，参照图7，对第1显示装置100A的向框架107的组装进行说明。构成第1像形成主体部105a的投影透镜30利用以埋入收纳投影透镜30的镜筒部39的方式形成的安装部39g而直接固定于在框架107的侧方端部65a设置的第1固定部61f。在这样的固定时，第1固定部61f的背面68f与安装部39g的上端面39f等相抵接而实现对准，通过在孔61s拧进螺钉39s而能够实现可以装拆且可靠的固定。此时，在镜筒部39设置的凸起39x嵌合于框架107的凸起孔(未图示)而限制镜筒部39的旋转并进行与旋转相关的定位。另一方面，作为第1光学构件101a的导光装置20利用形成于其颈部的安装部10g而直接固定于在框架107的侧方端部65a设置的第2固定部61e。在这样的固定时，在第2固定部61的前侧部分设置的顶接面68e与安装部10g的背面10k相抵接而实现对准，介由螺孔61u将螺钉61v拧进螺孔10u，从而能够实现可以装拆且可靠的固定。

导光装置20通过导光构件10的第2导光部分12侧的顶端部12j嵌合于在收纳投影透镜30的镜筒部39的前端侧设置并开口的矩形框状的卡定构件即端部39t，从而在相对于投影透镜30定位了的状态下卡定。也就是说，在将设置于导光装置20的导光构件10固定于框架107的第2固定部61e时，以使第2导光部分12侧的顶端部12j嵌合于镜筒部39的端部39t内的方式插入。此时，顶端部12j的侧面12m与端部39t的内面39m抵接而实现对准。镜筒部39通过在端部39t侧具有以上那样的嵌合构造，从而作为使投影透镜30与导光装置20连结的连结构件而发挥功能。尤其是，通过该嵌合，在投影透镜30与导光装置20之间，能够谋求关于第4面S14即局部被覆光学面CS以外的部分的充分的防尘效果。也就是说，如参照图5及图6进行的说明那样，在局部被覆光学面CS(第4面S14)的周边，若通过防尘构造DS的密封构件SP充分地进行防尘，则能够谋求装置的光学系统整体的防尘或者防水。此外，例如也可以关于导光装置20的第1露出面20a与外部装饰构件105d之间进行防尘。但是，在所述那样的构造的情况下，即使些许灰尘等进入其间，因为比与第1露出面20a的交界位于由外部装饰构件105d保护的内部侧的第5面S15由光反射膜RM构成，所以可认为不会产生局部被覆光学面CS程度的问题。因此，对局部被覆光学面CS(第4面S14)的周边可靠地进行防尘更重要。

如以上那样，在本实施方式涉及的虚像显示装置100中，具有透视型的结构，在构成导光装置20的导光构件10的多个光学面即第1面S11等中，关于作为局部被覆光学面CS的第4面S14，在离开局部被覆光学面CS(第4面S14)的部位形成中间像。由此，在作为难以去掉灰尘、污渍等的部位或者无法去掉灰尘、污渍等的部位的局部被覆光学面CS(第4面S14)中，即使产生灰尘、污渍等，也能够降低由此对图像产生的影响，并且，通过成为形成中间像的结构而能够显示宽视场角的图像。进而，在局部被覆光学面CS与作为连结构件的镜筒部39的端部39t之间，在防尘构造设置密封构件SP，从而能够防止灰尘、污渍进入其间并导致图像的劣化。并且，在透视型的结构中，能够维持该性能。

(其他)

虽然就以上各实施方式对本发明进行了说明，但是本发明并不限于所述的实施方式，在不脱离其要旨的范围可以在各种方式下实施，例如也可以进行以下这样的变形。

虽然在所述实施方式中，参与导光的光学面中，第4面S14为在从被作为连结构件的镜筒部39的端部39t覆盖的第1区域D1到第2区域D2上配置的局部被覆光学面CS，但是并不限于此，也可以是其他的光学面作为局部被覆光学面CS的方式。

虽然在所述说明中，防尘构造DS为弹性构件，但是并不限于此，例如可以为布状和/或刷子状的构件等能够确保防尘功能的各种方式。

虽然在所述说明中，将投影透镜具有的非轴对称非球面设为1个，但是投影透镜也可以具有2个以上的非轴对称非球面。

虽然在所述说明中，半反射半透射镜层(半透射半反射膜)15形成在横向上较长的矩形区域，但半反射半透射镜层15的轮廓能够根据用途及其他规格而适当变更。另外，半反射半透射镜层15的透射率和/或反射率也能够根据用途及其他规格来变更。

虽然在所述说明中，并未对影像显示元件82的显示辉度的分布特别进行调整，但是在根据位置产生辉度差等的情况下，能够不均等地对显示辉度的分布进行调整。

虽然在所述说明中，作为图像显示装置80，采用包括透射型的液晶显示器件等的影像显示元件82，但是作为图像显示装置80，并不限于透射型的液晶显示器件等的影像显示元件82而可以利用各种显示元件。例如，既可以是采用了反射型的液晶显示器件的结构，也可以代替包括液晶显示器件等的影像显示元件82而采用数字〃微镜〃器件等。另外，作为图像显示装置80，也可以采用由LED阵列和/或OLED(有机EL)等所代表的自发光型元件。

虽然在所述实施方式中，采用包括透射型的液晶显示器件等的图像显示装置80，但是也可以取代之而采用扫描型的图像显示装置。

另外，虽然在所述实施方式中，构成为导光构件10与作为辅助光学模块的光透射构件50覆盖安装者的眼睛EY眼前整体，但是并不限于此，也可以为采取如下小型的结构：包括具有半反射半透射镜层15的曲面形状的第2面S12的部分仅覆盖眼睛EY的一部分，即覆盖眼前的一部分，也存在未覆盖的部分。

虽然在所述说明中，关于具备一对显示装置100A、100B的虚像显示装置100进行了说明，但是也能够构成为单个的显示装置。也就是说，也可以是如下结构：并非对应于右眼及左眼的双方而每组设置投影透视装置70及图像显示装置80，而是仅对右眼或左眼的某一方设置投影透视装置70及图像显示装置80，单眼观看图像的结构。

虽然在在所述说明中，半反射半透射镜层15为简单的半透射性的膜(例如金属反射膜和/或电介质多层膜)，但是半反射半透射镜层15可以替换为平面或曲面的全息元件。

虽然在所述说明中，导光构件10等在眼睛EY排列的横向方向上延伸，但是也可以将导光构件10配置为在纵向方向上延伸。该情况下，导光构件10具有并非串联而是并列地平行配置的结构。

另外，也可以为了降低由来自外部的漏光产生的影响而具有表面纹理加工。具体而言，如图8所示，在导光装置20中，能够在作为将作为光学面的第1面S11与第4面S14之间连结的部位的连接部CT的表面实施表面纹理加工。例如如图9所示，在来自荧光灯等的光源RS的外光成为非意图的漏光FL而进入导光装置20的情况下，漏光FL有可能在连接部CT那样的光学面以外的面(即非有效导光区域)中反射，并在第3面S13等各光学面反射，被观看者视觉辨认到。在确保透视的情况下，这样的来自外部的光的进入某种程度上不可避免。相对于此，如图8所示，通过在考虑到对透视的影响的基础上在例如连接部CT这样的不参与影像光的导光的部位根据需要实施进行了表面纹理加工的面，能够良好地维持影像光的导光，并降低漏光FL的影响。在所述实施方式中，在导光装置20的表面中，对于作为光学面即光学上有效的面的第4面S14b，在其有效导光区域上实施防尘构造DS。另一方面，对于作为光学上有效的面以外的面的连接部CT的表面，在其面上(即非有效导光区域上)实施表面纹理加工。这样，通过在构成导光装置20的表面的光学面和/或光学面以外的面上进行添加和/或加工，可以良好地进行影像光的导光。

Claims (13)

1.一种虚像显示装置，具备：

影像元件，其产生影像光；

导光构件，其具有多个光学面，通过在内面进行反射而对来自所述影像元件的影像光进行导光并且形成中间像；以及

连结构件，其配置在从所述影像元件到所述导光构件之间，连结于所述导光构件且将所述导光构件局部覆盖；

所述导光构件，作为所述多个光学面包括从被所述连结构件覆盖的第1区域到不被所述连结构件覆盖的第2区域的局部被覆光学面，在从所述局部被覆光学面偏离的部位形成中间像。

2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其中，

在所述导光构件中，在从相对于所述局部被覆光学面向内部离开的一侧到与所述局部被覆光学面相对的面的一侧的范围内形成中间像。

3.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其中，

还具备防尘构造，该防尘构造形成在所述导光构件与所述连结构件之间的、至少所述局部被覆光学面与所述连结构件的端部之间。

4.根据权利要求3所述的虚像显示装置，其中，

所述防尘构造具有密封构件，该密封构件与所述局部被覆光学面中的有效导光区域上接触地形成，对所述局部被覆光学面与所述连结构件之间进行密封。

5.根据权利要求4所述的虚像显示装置，其中，

所述密封构件沿着所述第1区域与所述第2区域的交界延伸，在所述局部被覆光学面的所述有效导光区域上，以在对影像光进行导光的导光方向上的0.5mm以内的宽度与所述有效导光区域接触。

6.根据权利要求3～5的任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述防尘构造为弹性构件。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述导光构件在有效导光区域以外的面上，具有进行了表面纹理加工的部分。

8.根据权利要求1～7的任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述连结构件为收纳将来自所述影像元件的光朝向所述导光构件投影的投影透镜的镜筒部。

9.根据权利要求8所述的虚像显示装置，其中，

所述镜筒部具有与所述导光构件相嵌合的嵌合构造。

10.根据权利要求1～9的任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述局部被覆光学面为非轴对称的曲面。

11.根据权利要求1～10的任一项所述的虚像显示装置，其中，

所述导光构件包括4个以上的面作为所述多个光学面，所述多个光学面中的第1面与第3面相对地配置；

来自所述影像元件的影像光在所述第3面全反射，在所述第1面全反射，在第2面反射，之后，透射所述第1面，到达观看侧；

在所述导光构件中，所述第1面与所述第3面为彼此大致平行的平面；

所述局部被覆光学面，是与所述第3面相对地配置、对来自所述影像元件的影像光进行全反射而向所述第3面引导的第4面。

12.根据权利要求11所述的虚像显示装置，其中，

在所述导光构件中，在比所述第4面靠近所述第3面的一侧形成中间像。

13.根据权利要求1～12的任一项所述的虚像显示装置，其中，

还具备光透射构件，该光透射构件通过贴合于所述导光构件，使外界光与影像光相重叠而被视觉辨认到。