CN114428402A - 虚像显示装置和虚像显示装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供虚像显示装置和虚像显示装置的制造方法,显示品质优异。虚像显示装置具有第1和第2显示模块、连结部,第1显示模块具有第1显示元件及其支承部件、第1投射光学系统及其支承部件,第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部的一方,第1投射光学支承部件具有另一方,第1凸部与第1凹部间具有间隙地配置在第1凹部内,第2显示模块具有第2显示元件及其支承部件、第2投射光学系统及其支承部件,第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部的一方,第2投射光学支承部件具有另一方,第2凸部与第2凹部间具有间隙地配置在第2凹部内,连结部具有可调整两投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向和进深方向相对位置的至少一个的调整构造。
Description
技术领域
本发明涉及虚像显示装置以及虚像显示装置的制造方法。
背景技术
以往公知有通过利用投射镜头等光学元件将从显示元件射出的图像光引导至观察者的瞳孔而能够进行虚像的观察的虚像显示装置。在下述的专利文献1中公开了一种虚像显示装置,其具有:显示元件;显示元件壳体,其收纳并支承显示元件;投射光学系统,其投射来自显示元件的光;镜筒,其收纳并支承投射光学系统并且与显示元件壳体连接;以及导光装置,其使来自投射光学系统的光朝向观察者的眼睛而使得观察者看到图像。
专利文献1:日本特开2017-211674号公报
在专利文献1中公开了如下内容:使用由设置于显示元件和镜筒中的任意一方的部件的凸部和设置于另一方的部件的凹部构成的定位部,进行显示元件相对于投射光学系统的定位。另外,在专利文献1中公开了通过将右眼用导光光学系统以及左眼用导光光学系统分别安装于框架,从而将右眼用导光光学系统和左眼用导光光学系统配置于观察者的眼前。
在以往的虚像显示装置中,在进行显示元件与投射光学系统的定位时,需要支承光学部件的镜筒等支承部件。然而,由于右眼用导光光学系统以及左眼用导光光学系统分别安装于框架,因此框架的制造误差以及组装公差有可能对右眼用图像与左眼用图像的位置调整的精度造成影响。
发明内容
为了解决上述课题,本发明的一个方式的虚像显示装置具有:第1显示模块,其相对于右眼形成第1虚像;第2显示模块,其相对于左眼形成第2虚像;以及连结部,其连结所述第1显示模块和所述第2显示模块,所述第1显示模块具有:第1显示元件,其射出形成右眼用图像的第1图像光;第1显示元件支承部件,其支承所述第1显示元件;第1投射光学系统,其投射从所述第1显示元件射出的所述第1图像光而形成第1射出光瞳;以及第1投射光学支承部件,其支承所述第1投射光学系统,所述第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部中的任意一方,所述第1投射光学支承部件具有所述第1凸部和所述第1凹部中的任意另一方,所述第1凸部以与所述第1凹部之间具有间隙的方式配置于所述第1凹部的内部,所述第2显示模块具有:第2显示元件,其射出形成左眼用图像的第2图像光;第2显示元件支承部件,其支承所述第2显示元件;第2投射光学系统,其投射从所述第2显示元件射出的所述第2图像光而形成第2射出光瞳;以及第2投射光学支承部件,其支承所述第2投射光学系统,所述第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部中的任意一方,所述第2投射光学支承部件具有所述第2凸部和所述第2凹部中的任意另一方,所述第2凸部以与所述第2凹部之间具有间隙的方式配置于所述第2凹部的内部,所述连结部具有能够调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的调整构造。
在本发明的一个方式的虚像显示装置的制造方法中,该虚像显示装置具有:第1显示模块,其相对于右眼形成第1虚像;第2显示模块,其相对于左眼形成第2虚像;以及连结部,其连结所述第1显示模块和所述第2显示模块,所述第1显示模块具有:第1显示元件,其射出右眼用的第1图像光;第1显示元件支承部件,其支承所述第1显示元件;第1投射光学系统,其投射从所述第1显示元件射出的所述第1图像光而形成第1射出光瞳;以及第1投射光学支承部件,其支承所述第1投射光学系统,所述第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部中的任意一方,所述第1投射光学支承部件具有所述第1凸部和所述第1凹部中的任意另一方,所述第1凸部以与所述第1凹部之间具有间隙的方式配置于所述第1凹部的内部,所述第2显示模块具有:第2显示元件,其射出左眼用的第2图像光;第2显示元件支承部件,其支承所述第2显示元件;第2投射光学系统,其投射从所述第2显示元件射出的所述第2图像光而形成第2射出光瞳;以及第2投射光学支承部件,其支承所述第2投射光学系统,所述第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部中的任意一方,所述第2投射光学支承部件具有所述第2凸部和所述第2凹部中的任意另一方,所述第2凸部以与所述第2凹部之间具有间隙的方式配置于所述第2凹部的内部,所述连结部具有调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对位置关系的调整构造,其中,该虚像显示装置的制造方法包含如下工序:第1调整工序,在使所述第1凸部与所述第1凹部嵌合的状态下,调整所述第1显示元件支承部件与所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置、横向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个;第2调整工序,在使所述第2凸部与所述第2凹部嵌合的状态下,调整所述第2显示元件支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置、横向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个;以及第3调整工序,使用所述连结部的所述调整构造,调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个。
附图说明
图1是示出第1实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观立体图。
图2是虚像显示装置的纵剖视图。
图3是示出虚像显示装置的内部构造的纵剖视图。
图4是示出虚像显示装置的光学系统的纵剖视图。
图5是示出虚像显示装置的光学系统的俯视剖视图。
图6是用于概念性地说明投射光学系统的成像的立体图。
图7是用于说明在显示元件上形成的显示像的强制歪曲的图。
图8是显示模块的立体图。
图9是放大了显示元件支承部件的附近的立体图。
图10是投射光学系统的立体图。
图11是第1显示模块和第2显示模块的立体图。
图12是放大了连结部的俯视图。
图13是第2实施方式的虚像显示装置中的第1显示模块以及第2显示模块的立体图。
标号说明
11A:第1显示元件;11B:第2显示元件;12A:第1投射光学系统;12B:第2投射光学系统;21:投射透镜(第1投射透镜、第2投射透镜);22:棱镜(第1棱镜、第2棱镜);23:透视反射镜(第1透视反射镜、第2透视反射镜);61A:第1显示元件支承部件;61B:第2显示元件支承部件;62A、72A:第1投射光学支承部件;62B、72B:第2投射光学支承部件;65、75:连结部;66:连结部件;100、200:虚像显示装置;101A、201A:第1显示模块;101B、201B:第2显示模块;611:凸部(第1凸部、第2凸部);611a:第1面(第1对置面、第7对置面);611b:第2面(第2对置面、第8对置面);611d:第4面(第3对置面、第9对置面);621:凹部(第1凹部、第2凹部);621a:第6面(第4对置面、第10对置面);621b:第7面(第5对置面、第11对置面);621c:第8面(第6对置面、第12对置面);622A:第1调整用凸部;622B:第2调整用凸部;663:调整用凹部;721c:第1凹凸部;721d:第2凹凸部;721A:第1连结部;721B:第2连结部;C1、C2、C3:间隙。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下,使用图1~图12对本发明的第1实施方式进行说明。
图1是示出本实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观立体图。图2是虚像显示装置的纵剖视图。图3是示出虚像显示装置的内部构造的纵剖视图。
此外,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表示。
如图1以及图2所示,本实施方式的虚像显示装置100是具有眼镜那样的外观的头戴显示器(HMD),使观察者或者使用者US识别作为虚像的影像。
在图1和图2中,X、Y和Z是垂直坐标系。+X方向以及-X方向与佩戴了虚像显示装置100的使用者US的双眼的排列方向对应,在本说明书中定义为横向。+X方向对应于从使用者US观察时的右方向,-X方向对应于从使用者US观察时的左方向。+Y方向以及-Y方向对应于与使用者US的双眼排列的横向垂直的方向,在本说明书中定义为纵向。+Y方向对应于上方向,-Y方向对应于下方向。+Z方向以及-Z方向分别与+X方向以及-X方向、+Y方向以及-Y方向垂直,与从使用者US观察时的前后方向对应,在本说明书中定义为进深方向。+Z方向对应于前方向,+Z方向对应于后方向。
虚像显示装置100具有相对于右眼形成第1虚像的第1显示模块101A、相对于左眼形成第2虚像的第2显示模块101B以及支承第1显示模块101A和第2显示模块101B的镜腿状的支承部件101C。
第1显示模块101A由配置在上部的光学单元102和以眼镜镜片状覆盖整体的外观部件103构成。第2显示模块101B与第1显示模块101A同样,由配置在上部的光学单元102和以眼镜镜片状覆盖整体的外观部件103构成。支承部件101C通过配置于外观部件103的背后的未图示的部件,在外观部件103的上端侧支承第1显示模块101A和第2显示模块101B。
第2显示模块101B具有与第1显示模块101A相同的构造,因此以下仅对第1显示模块101A进行说明,省略对第2显示模块101B的说明。另外,在以下的说明中,将第1显示模块101A简称为显示模块101A。
如图2和图3所示,显示模块101A具有显示元件11和投射光学系统12作为光学要素。从将来自显示元件11的图像光ML引导至光瞳位置PP的观点出发,投射光学系统12有时也称为导光光学系统。投射光学系统12具有投射透镜21、棱镜22和透视反射镜23。
本实施方式的显示模块101A对应于技术方案的第1显示模块和第2显示模块。本实施方式的显示元件11对应于技术方案的第1显示元件和第2显示元件。本实施方式的投射光学系统12对应于技术方案的第1投射光学系统和第2投射光学系统。本实施方式的投射透镜21对应于技术方案的第1投射透镜和第2投射透镜。本实施方式的棱镜22对应于技术方案的第1棱镜和第2棱镜。本实施方式的透视反射镜23对应于技术方案的第1透视反射镜和第2透视反射镜。
显示元件11例如由以有机电致发光(EL)元件、无机EL元件、发光二极管(LED)阵列、有机LED、激光器阵列、量子点发光型元件等为代表的自发光型的显示设备构成。显示元件11在二维的显示面11a上形成彩色的静态图像或动态图像。显示元件11被未图示的驱动控制电路驱动而进行显示动作。
在使用有机EL显示屏或显示器作为显示元件11的情况下,构成为具有有机EL控制部。在使用量子点发光型显示器作为显示元件11的情况下,通过向量子点膜照射蓝色发光二极管(LED)的光,从而射出绿色或红色的色光。显示元件11不限于自发光型的显示元件,也可以由液晶显示器(LCD)或其他光调制元件构成,通过利用背光源等光源对该光调制元件进行照明来形成图像。显示元件11也可以使用LCOS(Liquid crystal on silicon,LCOS为注册商标)、数字微镜器件等来代替LCD。另外,显示元件11既可以由单体的显示元件构成,也可以具有如下结构:具有多个显示元件和分色棱镜等合成元件并且通过合成元件对来自多个显示元件的多个光进行合成并射出。
如图3所示,投射透镜21将从显示元件11射出的图像光ML会聚为接近平行光束的状态。投射透镜21在图示的例子中是单透镜,具有入射面21a和射出面21b。棱镜22具有入射面22a、内反射面22b以及射出面22c。棱镜22使从投射透镜21射出的图像光ML在入射面22a折射地入射,被内反射面22b全反射,从射出面22c折射地射出。透视反射镜23使从棱镜22射出的图像光ML朝向光瞳位置PP反射而形成射出光瞳。形成射出光瞳的位置被称为光瞳位置PP。来自显示面11a上的各点的图像光以规定的发散状态或平行状态从与显示面11a上的各点的位置对应的角度方向以重叠的方式入射到光瞳位置PP。在本实施方式的投射光学系统12中,FOV(field of view:视场)为44°。基于投射光学系统12的虚像的显示区域是矩形,上述44°是对角方向上的角度。在本实施方式中,以右眼用的第1显示模块101A为代表进行了说明,因此上述的射出光瞳对应于技术方案的第1射出光瞳。由左眼用的第2显示模块101B形成的射出光瞳对应于技术方案中的第2射出光瞳。
投射透镜21和棱镜22与显示元件11一起收纳于壳体51。壳体51由遮光性的材料形成,内置有使显示元件11动作的未图示的驱动电路。壳体51具有开口51a,开口51a具有从棱镜22朝向透视反射镜23的图像光ML不与壳体51干涉的尺寸。壳体51的开口51a被具有透光性的保护罩52覆盖。保护罩52不具有光焦度,由使图像光ML不衰减地通过的树脂等材料形成。通过保护罩52,能够使壳体51内的收纳空间成为密闭状态,能够提高防尘、防露、防止与光学面接触等功能。透视反射镜23经由支承板54支承于壳体51。壳体51或支承板54被图1所示的支承部件101C支承,由支承板54和透视反射镜23构成外观部件103。
投射光学系统12由轴偏离光学系统构成,投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23配置在构成轴偏离系统112的位置。这里所说的轴偏离光学系统是指,在构成投射光学系统12的投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23中,在光线向至少1个反射面或折射面入射的前后,光路整体弯折。在投射光学系统12、即轴偏离系统112中,以光轴AX沿着与纸面对应的轴偏离面SO延伸的方式进行光轴AX的弯折。
即,在投射光学系统12中,通过在轴偏离面SO内进行光轴AX的弯折,沿着轴偏离面SO排列有投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23。轴偏离面SO成为使轴偏离系统112多阶段地产生非对称性的面。在本说明书中,光轴AX定义为沿着从显示元件11的中心射出的主光线的光路延伸并穿过相当于眼点(eyepoint)的视环ER或光瞳的中心的轴。即,配置有光轴AX的轴偏离面SO与YZ面平行,穿过显示元件11的中心和相当于眼点的视环ER的中心。光轴AX在按照横截面观察的情况下,成为Z字状的配置。即,在轴偏离面SO中,从投射透镜21到内反射面22b的光路P1、从内反射面22b到透视反射镜23的光路P2以及从透视反射镜23到光瞳位置PP的光路P3成为以Z字状折返2次的配置。
投射光学系统12中的从投射透镜21到内反射面22b的光路P1成为接近与Z方向平行的结构。即,在光路P1中,光轴AX相对于Z方向或正面方向大致平行地延伸。投射透镜21在Z方向或正面方向上配置于被棱镜22和显示元件11夹着的位置。在该情况下,从棱镜22到显示元件11的光路P1接近正面方向。关于光路P1中的光轴AX的朝向,优选沿着Z方向将向下设为负、将向上设为正时,平均收敛于-30°~+30°左右的范围内。通过设为光路P1的光轴AX朝向Z方向朝下为-30°以上的状态,能够避免投射透镜21或显示元件11与透视反射镜23干涉。另外,通过设为光路P1的光轴AX朝向Z方向朝上为+30°以下的状态,能够抑制投射透镜21、显示元件11向上部突起而在外观上显眼。
在从内反射面22b到透视反射镜23的光路P2中,光轴AX优选沿着Z方向将向下设为负、将向上设为正时,平均收敛于-70°~-45°左右的范围内。通过设为光路P2的光轴AX朝向Z方向朝下为-70°以上的状态,能够在透视反射镜23与光瞳位置PP之间确保配置内透镜31的空间,能够避免透视反射镜23的整体的倾斜变得过大。另外,通过设为光路P2的光轴AX朝向Z方向朝下为-45°以下的状态,能够避免棱镜22相对于透视反射镜23向-Z方向或背面方向大幅突出的配置,能够避免投射光学系统12的厚度增加。
从透视反射镜23到光瞳位置PP的光路P3成为接近与Z方向平行的配置。在图示的例子中,光轴AX沿着Z方向以朝下为负而处于-10°左右。其理由在于,人的视线稳定在比水平方向向下侧倾斜约10°的稍微低头的状态。另外,相对于图4所示的光瞳位置PP而言,水平方向的中心轴HX设想了如下情况:佩戴了虚像显示装置100的使用者US以直立姿势放松而朝向正面注视水平方向或水平线。佩戴虚像显示装置100的各个使用者US的包含眼睛的配置、耳朵的配置等在内的头部的形状、姿势各种各样,但通过设想使用者US的平均的头部形状或者头部姿势,能够针对所关注的虚像显示装置100设定平均的中心轴HX。以上的结果是,在棱镜22的内反射面22b,沿着光轴AX的光线的反射角为10°~60°左右。另外,在透视反射镜23中,沿着光轴AX的光线的反射角为20°~45°左右。
关于主光线的光路P2和光路P3,透视反射镜23与棱镜22之间的距离d1被设定为透视反射镜23与光瞳位置PP之间的距离d2以下。在该情况下,能够抑制棱镜22向透视反射镜23的周围、即上方突出的突出量。这里,距离d1、d2设为沿着光轴AX的距离。在透视反射镜23的内侧,在光路P2、P3上追加其他光学要素的情况下,只要将所追加的光学要素换算成光路长度或光学距离来决定距离d1、d2的值即可。
关于投射光学系统12,在纵向或Y方向上,以光瞳位置PP的中心为基准,通过纵向的最上侧的光线的位置为30mm以下。通过使光线收敛在这样的范围内,能够避免投射透镜21或显示元件11向上方或+Y方向伸出地配置。由此,能够抑制投射透镜21或显示元件11向眉毛的上方伸出的量而确保设计性。即,能够使包含显示元件11、投射透镜21以及棱镜22的光学单元102小型化。
另外,关于投射光学系统12,在正面方向或Z方向上,以光瞳位置PP为基准,从透视反射镜23到显示元件11的全部光线的位置被设定为13mm以上。通过使光线收敛在这样的范围内,特别是能够将透视反射镜23相对于光瞳位置PP在前方向或+Z方向上充分分离地配置。由此,容易在透视反射镜23的反射面23a侧确保配置内透镜31的空间。
另外,关于投射光学系统12,在前方向或Z方向上,以光瞳位置PP为基准,从透视反射镜23到显示元件11的全部光线的位置被设定为40mm以下。通过使光线收敛在这样的范围内,特别是能够将透视反射镜23配置成相对于光瞳位置PP在前方向或+Z方向上不会过度分离。由此,能够抑制透视反射镜23、显示元件11等向前方突出,容易确保设计性。关于棱镜22的下端,在纵向或Y方向上,以光瞳位置PP的中心为基准,配置在10mm以上的位置。由此,例如容易确保朝上20°这样的透视时的视野。
在轴偏离面SO中,在投射透镜21与棱镜22的内反射面22b之间且比投射透镜21和内反射面22b靠棱镜22的入射面22a侧配置有中间光瞳IP。更具体而言,中间光瞳IP配置在棱镜22的入射面22a的位置或其附近。例如,中间光瞳IP相对于棱镜22的入射面22a配置在内反射面22b侧。在该情况下,中间光瞳IP的位置成为与内反射面22b相比更靠近入射面22a的状态。中间光瞳IP也可以相对于棱镜22的入射面22a配置在投射透镜21侧。在该情况下,中间光瞳IP的位置成为与投射透镜21的射出面21b相比更靠近入射面22a的状态。中间光瞳IP也可以与棱镜22的入射面22a交叉。中间光瞳IP是指来自显示面11a上的各点的图像光最宽而相互重叠的部位,配置于视环ER或光瞳位置PP的共轭点。优选在中间光瞳IP的位置或其附近配置孔径光阑。
中间像IM形成在棱镜22与透视反射镜23之间。中间像IM形成在比透视反射镜23与棱镜22的中间点靠近棱镜22的位置。这样,通过在棱镜22的附近形成中间像IM,能够降低透视反射镜23对像的放大的负担,抑制所观察的虚像的像差。但是,中间像IM未成为与棱镜22的射出面22c交叉的状态。即,中间像IM形成于射出面22c的外侧,该配置关系不限于轴偏离面SO上,在射出面22c上与轴偏离面SO垂直的横向或X方向的任意的点都成立。这样,中间像IM以不横穿棱镜22的射出面22c的方式形成,由此容易避免射出面22c表面的灰尘或伤痕对成像造成影响。
中间像IM是形成于比视环ER靠光路上游且相对于显示面11a共轭的位置的实像。中间像IM具有与显示面11a上的显示像对应的图案,但不需要清晰地成像,也可以表现出像面弯曲、歪曲像差等像差。如果对在光瞳位置PP观察的虚像最终良好地校正了像差,则中间像IM的像差不会成为问题。
以下,参照图4和图5,对投射透镜21、棱镜22和透视反射镜23的形状的详细情况进行说明。
图4示出投射光学系统12的纵剖视图。图5示出投射光学系统12的俯视剖视图。此外,在图5中,示出了投射透镜21的入射面21a以及射出面21b、棱镜22的入射面22a、内反射面22b、射出面22c以及透视反射镜23的反射面23a通过光轴AX投影到XZ面的状态。
本实施方式的投射透镜21由单透镜构成。另外,投射透镜21也可以由多片透镜构成。构成投射透镜21的光学面即入射面21a以及射出面21b的形状在与YZ面平行的轴偏离面SO内,在与光轴AX交叉的纵向的第1方向D11、D12上关于光轴AX具有非对称性,在与第1方向D11、D12垂直的横向的第2方向D02或X方向上关于光轴AX具有对称性。关于入射面21a的纵向的第1方向D11与关于射出面21b的纵向的第2方向D12形成规定的角度。
投射透镜21例如由树脂形成,但也可以为玻璃制。投射透镜21的入射面21a以及射出面21b分别例如由自由曲面构成。另外,入射面21a和射出面21b不限于自由曲面,也可以是非球面。在投射透镜21中,通过使入射面21a和射出面21b为自由曲面或非球面,能够实现像差的减少。特别是在使用自由曲面的情况下,容易降低作为轴偏离光学系统或非共轴光学系统的投射光学系统12的像差。此外,自由曲面是不具有旋转对称轴的面,作为自由曲面的面函数,能够使用各种多项式。另外,非球面是具有旋转对称轴的面,但是抛物面或由多项式表示的球面以外的面。虽省略详细的说明,但在入射面21a以及射出面21b上形成有防反射膜。
如上所述,在投射透镜21中,入射面21a的第1方向D11与射出面21b的第1方向D12形成规定的角度,因此,关于来自显示元件11的显示面11a的中心的主光线的光路,射出面21b相对于入射面21a倾斜地形成。即,在入射面21a与射出面21b之间存在相对角度或倾斜。因此,能够在投射透镜21中部分地补偿作为轴偏离系统112的投射光学系统12的偏心,有助于改善各像差。另外,通过入射面21a与射出面21b的相对倾斜,能够部分地补偿投射透镜21的色像差。
棱镜22是具有使反射镜和透镜复合的功能的折射反射光学部件。因此,棱镜22使从投射透镜21射出的图像光ML折射地反射。更详细而言,在棱镜22中,图像光ML经由作为折射面的入射面22a入射到内部,被作为反射面的内反射面22b向非正反射方向全反射,经由作为折射面的射出面22c射出到外部。
入射面22a和射出面22c是由曲面构成的光学面,与仅为反射面的情况、或者将入射面22a以及射出面22c设为平面的情况相比,有助于分辨率的提高。构成棱镜22的光学面即入射面22a、内反射面22b以及射出面22c在与YZ面平行的轴偏离面SO内,在与光轴AX交叉的纵向的第1方向D21、D22、D23上关于光轴AX具有非对称性,在与第1方向D21、D22、D23垂直的横向的第2方向D02或X方向上关于光轴AX具有对称性。棱镜22的横向或X方向的横向宽度Ph大于纵向或Y方向的纵向宽度Pv。不仅是物理外形,关于光学有效区域,棱镜22的横向或X方向的横向宽度也比纵向或Y方向的纵向宽度大。由此,能够增大横向或X方向的视场角。另外,如后述那样,与眼睛EY的移动在横向上较大对应地,即使视线在横向上较大地变化,也能够看到图像。
棱镜22例如由树脂形成,但也可以为玻璃制。棱镜22的主体的折射率被设定为考虑图像光ML的反射角而实现内表面处的全反射的值。棱镜22的主体的折射率、阿贝数优选还考虑与投射透镜21的关系来设定。特别是通过增大棱镜22或投射透镜21的阿贝数,能够减少色散。
棱镜22的光学面即入射面22a、内反射面22b以及射出面22c分别例如由自由曲面构成。另外,入射面22a、内反射面22b以及射出面22c分别不限于自由曲面,也可以是非球面。在棱镜22中,通过将入射面22a、内反射面22b以及射出面22c分别设为自由曲面或非球面,能够减少像差。
特别是在使用自由曲面的情况下,容易降低作为轴偏离光学系统或非共轴光学系统的投射光学系统12的像差,能够提高分辨率。关于内反射面22b,不限于通过全反射来反射图像光ML,也可以是由金属膜或电介质多层膜构成的反射面。在该情况下,在内反射面22b上,通过蒸镀等形成由例如利用Al、Ag等金属形成的单层膜或多层膜构成的反射膜或者粘贴由金属形成的片状的反射膜。虽省略详细的说明,但在入射面22a以及射出面22c上形成有防反射膜。
棱镜22能够通过射出成型而一并形成入射面22a、内反射面22b以及射出面22c,因此部件数量变少,对于3个面的相互位置,也能够比较廉价地以例如20μm以下这样的水平进行高精度化。
透视反射镜23是作为凹的表面反射镜发挥功能的板状的光学部件,反射从棱镜22射出的图像光ML。透视反射镜23覆盖配置有眼睛EY或瞳孔的光瞳位置PP并且从光瞳位置PP观察时具有凹形状。透视反射镜23由具有在板状体23b的一个表面23s上形成了反射镜膜23c的构造的反射板构成。透视反射镜23的反射面23a是透过性的表面反射面。
透视反射镜23的反射面23a的形状在与YZ面平行的轴偏离面SO内,在与光轴AX交叉的纵向的第1方向D31上关于光轴AX具有非对称性,在与第1方向D31垂直的横向的第2方向D02或X方向上关于光轴AX具有对称性。透视反射镜23的反射面23a例如由自由曲面构成。另外,反射面23a不限于自由曲面,也可以是非球面。通过使透视反射镜23为自由曲面或非球面,能够降低像差。特别是在使用自由曲面的情况下,容易降低作为轴偏离光学系统或非共轴光学系统的投射光学系统12的像差。
在反射面23a为自由曲面以及非球面的任何一方情况下,透视反射镜23都具有曲面式的原点O比透视反射镜23的有效区域EA向投射透镜21侧或显示元件11侧偏移的形状。在该情况下,不会对光学系统的设计造成过度的负担,能够设计实现Z字状的光路的透视反射镜的倾斜面。上述的反射面23a的曲面式在轴偏离面SO上例如与双点划线的曲线CF的形状对应。因此,赋予对称性的原点O配置在透视反射镜23的上端与显示元件11的下端之间。
透视反射镜23是使入射到透视反射镜23的光的一部分反射并使另一部分的光透过的透过型的反射元件。因此,透视反射镜23的反射镜膜23c具有半透过反射性。由此,外界光OL通过透视反射镜23,因此能够进行外界的透视观察,使用者能够看到虚像与外界像重叠的状态。
通过使透视反射镜23的板状体23b薄至几mm左右以下,能够将外界像的倍率变化抑制得较小。从确保图像光ML的亮度或者容易通过透视观察外界像的观点出发,优选反射镜膜23c对于图像光ML、外界光OL的反射率在设想的图像光ML的入射角范围中为10%以上且50%以下。
作为透视反射镜23的基材的板状体23b例如由树脂形成,但也可以为玻璃制。板状体23b由与从周围支承板状体23b的支承板54相同的材料形成,具有与支承板54相同的厚度。反射镜膜23c例如由电介质多层膜形成,该电介质多层膜由调整了膜厚的多个电介质层构成。反射镜膜23c也可以由调整了膜厚的Al、Ag等金属的单层膜或多层膜构成。反射镜膜23c能够通过层叠上述的膜而形成,但也能够通过粘贴片状的反射膜而形成。
以下,对投射光学系统12中的光路进行说明。
从显示元件11射出的图像光ML入射到投射透镜21并以大致准直的状态从投射透镜21射出。通过了投射透镜21的图像光ML在棱镜22的入射面21a被折射地入射,在内反射面22b以接近100%的反射率被反射,在射出面22c再次被折射。从棱镜22射出的图像光ML入射到透视反射镜23并被反射面23a以50%左右以下的反射率反射。被透视反射镜23反射的图像光ML入射到配置有使用者US的眼睛EY或者瞳孔的光瞳位置PP。
在棱镜22与透视反射镜23之间,在靠近棱镜22的射出面22c的位置形成中间像IM。中间像IM是形成于显示元件11的显示面11a的图像被适当放大后的像。另外,在光瞳位置PP,除了图像光ML以外,还入射有通过了透视反射镜23或透视反射镜23的周围的支承板54的外界光OL。即,佩戴了虚像显示装置100的使用者US能够与外界像重叠地观察基于图像光ML的虚像。
关于投射光学系统12的FOV,比较图4和图5可知,横向的视场角α2大于纵向的视场角α1。这对应于形成在显示元件11的显示面11a上的显示像在水平方向上比在垂直方向上更长。显示面11a的横向的尺寸与纵向的尺寸的纵横比被设定为例如4:3、16:9等值。
图6是概念性地说明基于投射光学系统12的成像的立体图。
在图6中,图像光ML1表示来自视野中的右上方向的光线,图像光ML2表示来自视野中的右下方向的光线,图像光ML3表示来自视野中的左上方向的光线,图像光ML4表示来自视野中的左下方向的光线。
在该情况下,设定于光瞳位置PP的视环ER具有与轴偏离面SO垂直的横向或X方向的横光瞳尺寸Wh比位于轴偏离面SO内且与光轴AX垂直的纵向或Y方向的纵光瞳尺寸Wv大的视环形状或光瞳尺寸。即,关于光瞳位置PP处的光瞳尺寸,与轴偏离面SO垂直的横向或X方向比与横向垂直的纵向或Y方向大。
在使横向的视场角或视野比纵向的视场角或视野大的情况下,若使视线与视场角一致地变化,则眼睛的位置在横向上较大地移动,因此优选使光瞳尺寸在横向上较大。即,通过使视环ER的横向的光瞳尺寸Wh大于纵向的光瞳尺寸Wv,在使视线在横向上大幅变化的情况下,能够防止或抑制图像被截断。在图4和图5所示的投射光学系统12的情况下,横向的FOV相对较大,纵向的FOV相对较小。其结果,使用者US的眼睛EY或者瞳孔也在横向上以较大的角度范围旋转,在纵向上以较小的角度范围旋转。因此,与眼睛EY的动作对应地,使视环ER的横向的瞳孔尺寸Wh比视环ER的纵向的瞳孔尺寸Wv大。
根据以上的说明可知,例如在将投射光学系统12的纵向的FOV设定为比横向的FOV大的情况下,优选使视环ER的横向的光瞳尺寸Wh比视环ER的纵向的光瞳尺寸Wv小。以上,在从透视反射镜23到光瞳位置PP的光轴AX朝下的情况下,严格意义上的视环ER的倾斜、视环ER的尺寸需要以将光轴AX设为Z0方向的向下倾斜的坐标系X0、Y0、Z0为基准来考虑。在该情况下,严格地说,纵向的Y0方向与铅垂方向或Y方向不一致。但是,在这样的倾斜不大的情况下,即使在坐标系X、Y、Z中考虑视环ER的倾斜、视环ER的尺寸,也近似为不会产生问题。
虽然省略了图示,但与视环ER的横向的光瞳尺寸Wh和纵向的光瞳尺寸Wv的大小关系对应地,当投射光学系统12的FOV在横向上比在纵向上大的情况下,关于中间光瞳IP,也优选设定为X方向的横向的光瞳尺寸比Y方向的纵向的光瞳尺寸小。
如图7所示,表示投射光学系统12的成像状态的本来的投影像IG0具有比较大的畸变。但是,由于投射光学系统12是轴偏离系统112,因此不容易去除梯形畸变那样的畸变。因此,即使在投射光学系统12中残留有畸变,在将原来的显示像设为DA0的情况下,也将形成于显示面11a的显示像设为预先具有畸变的修正图像DA1。即,将显示于显示元件11的图像设为具有抵消由投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23形成的畸变的相反的畸变的修正图像DA1。
由此,能够将经由投射光学系统12在光瞳位置PP观察到的虚像的投影像IG1的像素排列设为与DA0对应的格子图案,能够使投影像IG1的轮廓为矩形。其结果,能够允许在透视反射镜23等产生的歪曲像差,并且作为包含显示元件11的显示模块101A整体,能够抑制像差。在显示面11a的外形为矩形的情况下,由于形成强制的畸变而在显示面11a的周缘部形成空白,但也能够在这样的空白中显示附加信息。形成于显示面11a的修正图像DA1不限于通过图像处理而形成强制的畸变的图像,例如也可以使形成于显示面11a的显示像素的排列与强制的畸变对应。在这种情况下,不需要用于校正畸变的图像处理。并且,也能够使显示面11a具有校正像差的弯曲。
如以上说明的那样,基于投射光学系统12的畸变能够通过在显示于显示元件11的图像中加入抵消由投射光学系统12产生的畸变的畸变来进行校正。反过来说,能够通过显示元件11校正在投射光学系统12中产生的畸变,因此能够采用允许畸变的产生的光学系统。由此,能够实现显示模块的部件数量的削减以及显示模块的小型化。
但是,在构成投射光学系统的投射透镜、棱镜、透视反射镜等光学元件的部件精度和组装精度以及投射光学系统与显示元件的位置关系偏离最优值、即设计值的情况下,由投射光学系统产生的畸变较大地变化。如上所述,通过在显示装置上显示具有抵消由投射光学系统产生的畸变的畸变的图像,能够校正畸变形状。然而,相对于上述的参数的最优值的偏差越大,则虚像的分辨率可能因畸变校正而越降低。另外,在构成双眼头戴显示器时,需要调整左右的图像位置,以使得在双眼观察中没有不适感。然而,在通过显示元件的位置调整来调整左右的图像位置的情况下,由投射光学系统产生的畸变也发生变化,因此难以兼顾由投射光学系统产生的畸变的校正和左右的图像位置的调整。
以下,对投射光学系统12和显示元件11的位置调整构造进行详细说明。
图8是显示模块101A的立体图。图9是放大了显示元件支承部件的附近的立体图。图10是投射光学系统12的立体图。
如上所述,第1显示模块101A和第2显示模块101B具有相同的结构,因此在以下的投射光学系统12与显示元件11的对位构造的说明中,也以第1显示模块101A代表显示模块,将第1显示模块101A简称为显示模块101A来进行说明。
如图8所示,显示模块101A具有显示元件11、支承显示元件11的显示元件支承部件61、投射光学系统12以及支承投射光学系统的投射光学支承部件62。
本实施方式的显示元件支承部件61与技术方案的第1显示元件支承部件以及第2显示元件支承部件对应。本实施方式的投射光学支承部件62与技术方案的第1投射光学支承部件和第2投射光学支承部件对应。
如图9所示,显示元件支承部件61具有显示元件支承部件主体610和从显示元件支承部件主体610的侧面沿横向突出的2个凸部611。
本实施方式的凸部611对应于技术方案的第1凸部和第2凸部。
在沿从显示元件11射出的图像光的行进方向、即Z方向观察时,显示元件支承部件主体610具有矩形框状的形状,在中央具有开口部。显示元件11被支承于显示元件支承部件主体610的与投射光学系统12对置的一侧的面。关于显示元件11的具体的支承构造,例如可以是显示元件11粘接于显示元件支承部件主体610的结构,也可以是经由其他支承部件进行支承的结构,没有特别限定。
如图9所示,从观察者观察时,2个凸部611具有从显示元件支承部件主体610的右侧面朝向右方突出的凸部611和从显示元件支承部件主体610的左侧面朝向左方突出的凸部611。左右的2个凸部611具有相同的形状以及尺寸,因此,以下,对显示元件支承部件主体610的左侧的凸部611进行说明。
凸部611具有大致长方体的形状,具有与X方向垂直的第1面611a、与Y方向垂直且成为凸部611的下表面的第2面611b、与第2面611b对置且成为凸部611的上表面的第3面611c、与Z方向垂直且成为凸部611的后表面的第4面611d以及与第4面611d对置且成为凸部的前表面的第5面611e。此外,左右的2个凸部611也可以具有相互不同的形状或尺寸。
投射光学支承部件62具有:投射光学支承部件主体620;2个凹部621,它们设置于投射光学支承部件主体620并且与显示元件支承部件的各凸部611对置;以及调整用凸部622,其从投射光学支承部件主体620沿横向突出。
本实施方式的凹部621对应于技术方案的第1凹部以及第2凹部。本实施方式的调整用凸部622对应于技术方案的第1调整用凸部和第2调整用凸部。
如图8所示,投射光学支承部件主体620具有在横向上隔开规定的间隔设置的2个支承部623,2个支承部623之间的空间成为收纳显示元件支承部件61的收纳部625。在各支承部623设置有与显示元件支承部件61的凸部611对置且具有能够收纳凸部611的形状以及尺寸的凹部621。左右的2个凹部621具有相同的形状和尺寸,因此,以下对投射光学支承部件主体620的左侧的凹部621进行说明。
凹部621具有以内部空间成为大致长方体的方式凹陷的形状,具有与X方向垂直的第6面621a、与Y方向垂直的第7面621b以及与Z方向垂直的第8面621c。此外,左右的2个凹部621也可以具有相互不同的形状或者尺寸,只要具有能够收纳与该凹部621对应的凸部611的形状以及尺寸即可。
如图10所示,在本实施方式的投射光学系统12中,投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23经由粘接层(省略图示)而相互接合。即,投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23不经由其他支承部件而相互定位。
本实施方式的投射透镜21对应于技术方案的第1投射透镜和第2投射透镜。本实施方式的棱镜22对应于技术方案的第1棱镜和第2棱镜。本实施方式的透视反射镜23对应于技术方案的第1透视反射镜和第2透视反射镜。
投射透镜21具有投射透镜主体210和与投射透镜主体210一体形成的第1定位部211。棱镜22具有棱镜主体220、与棱镜主体220一体形成的第2定位部221以及第3定位部222。透视反射镜23具有透视反射镜主体230和与透视反射镜主体230一体形成的第4定位部231。投射透镜21和棱镜22通过第1定位部211和第2定位部221相互接触来进行相互的定位。棱镜22和透视反射镜23通过第3定位部222和第4定位部231相互接触来进行相互的定位。
这样,在本实施方式的情况下,投射透镜21相对于棱镜22被定位,透视反射镜23相对于棱镜22被定位,由此进行投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23的相互的定位。另外,在该例子中,3个光学部件中的棱镜22成为定位的基准,但成为定位的基准的光学部件既可以是投射透镜21,也可以是透视反射镜23。
如图9所示,显示元件支承部件61在凸部611收纳于凹部621的内侧的位置收纳于投射光学支承部件62的收纳部625。在该状态下,凸部611的第1面611a与凹部621的第6面621a对置,凸部611的第2面611b与凹部621的第7面621b对置,凸部611的第4面611d与凹部621的第8面621c对置。但是,第1面611a和第6面621a、第2面611b和第7面621b以及第4面611d和第8面621c相互对置,但2个面也可以不直接接触。即,凸部611以与凹部621之间具有间隙C1的方式配置于凹部621的内部。
另外,相互对置的上述2个面可以相互平行,也可以相互不平行。另外,凸部611的第3面611c以及第5面611e不与凹部621的各面对置,而向外部露出。
本实施方式的第1面611a与技术方案的第1对置面以及第7对置面对应。本实施方式的第2面611b与技术方案的第2对置面以及第8对置面对应。本实施方式的第4面611d与技术方案的第3对置面以及第9对置面对应。本实施方式的第6面621a与技术方案的第4对置面以及第10对置面对应。本实施方式的第7面621b与技术方案的第5对置面以及第11对置面对应。本实施方式的第8面621c与技术方案的第6对置面以及第12对置面对应。
第1面611a与第6面621a之间、第2面611b与第7面621b之间以及第4面611d与第8面621c之间的间隙C1例如为几十μm~1mm左右的大小,比一般的部件彼此的组装所需的间隙大。如后所述,上述的3个部位的间隙C1用于调整显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的位置关系,因此不需要是相同的大小。在上述3个部位的间隙C1设置有粘接层(省略图示)。即,显示元件支承部件61和投射光学支承部件62在调整了彼此的位置关系的状态下通过设置于上述3个部位的间隙C1的粘接层而相互固定。
以下,对右眼用的第1显示模块101A和左眼用的第2显示模块101B的位置调整构造进行详细说明。
图11是第1显示模块101A和第2显示模块101B的立体图。图12是放大了第1显示模块101A与第2显示模块101B的连结部65的俯视图。
如图11所示,本实施方式的虚像显示装置100具有第1显示模块101A、第2显示模块101B以及连结第1显示模块101A和第2显示模块101B的连结部65。连结部65具有对第1投射光学支承部件62A与第2投射光学支承部件62B的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置进行调整的调整构造。
另外,在到此为止的说明中,由于第1显示模块101A和第2显示模块101B具有相同的结构,因此从各结构要素的名称中省略了“第1”、“第2”的序数,但在以下的说明中,为了区别第1显示模块101A的结构要素和第2显示模块101B的结构要素,对各结构要素的名称标注“第1”、“第2”的序数。
本实施方式的连结部65具有与第1投射光学支承部件62A和第2投射光学支承部件62B分体设置并且连结第1投射光学支承部件62A和第2投射光学支承部件62B的连结部件66。连结部件66具有基部661、与基部661一体设置的夹持部662以及设置于基部661的调整用凹部663。
第1投射光学支承部件62A具有用于调整相对于第2投射光学支承部件62B的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置的第1调整用凸部622A。第1调整用凸部622A由从第1投射光学支承部件主体向横向的一方(+X方向)伸出的板部构成。
第2投射光学支承部件62B具有用于调整相对于第1投射光学支承部件62A的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置的第2调整用凸部622B。第2调整用凸部622B由从第2投射光学支承部件主体向横向的另一方(-X方向)伸出的板部构成。
在连结部件66中,夹持部662由从进深方向夹持第1调整用凸部622A的第1夹持部662A和从进深方向夹持第2调整用凸部622B的第2夹持部662B构成。如图12所示,调整用凹部663由收纳第1调整用凸部622A的第1调整用凹部663A和收纳第2调整用凸部622B的第2调整用凹部663B构成。即,连结部件66具有收纳第1调整用凸部622A和第2调整用凸部622B的调整用凹部663。在本实施方式的情况下,调整用凹部663由分别收纳各调整用凸部622A、622B的2个调整用凹部663A、663B构成,但也可以代替该结构,而由收纳第1调整用凸部622A和第2调整用凸部622B双方的1个调整用凹部构成。
第1调整用凸部622A具有与X方向垂直的第11面622a、与Y方向垂直且成为第1调整用凸部622A的下表面的第12面622b、成为第1调整用凸部622A的上表面的第13面622c、与Z方向垂直且成为第1调整用凸部622A的前表面的第14面622d以及成为第1调整用凸部622A的后表面的第15面622e。另外,第2调整用凸部622B具有与X方向垂直的第16面622f、与Y方向垂直且成为第2调整用凸部622B的下表面的第17面622g、成为第2调整用凸部622B的上表面的第18面622h、与Z方向垂直且成为第2调整用凸部622B的前表面的第19面622i以及成为第2调整用凸部622B的后表面的第20面622j。
第1调整用凹部663A具有与X方向垂直的第21面663a、与Y方向垂直的第22面663b以及与Z方向垂直且相互对置的第23面663c和第24面663d。另外,第2调整用凹部663B具有与X方向垂直的第25面663e、与Y方向垂直的第26面663f以及与Z方向垂直且相互对置的第27面663g和第28面663h。
如图11所示,第1投射光学支承部件62A在第1调整用凸部622A收纳于第1调整用凹部663A内的状态下固定于连结部件66。在该状态下,如图12所示,第1调整用凸部622A的第11面622a与第1调整用凹部663A的第21面663a对置,第1调整用凸部622A的第12面622b与第1调整用凹部663A的第22面663b对置,第1调整用凸部622A的第14面622d与第1调整用凹部663A的第23面663c对置,第1调整用凸部622A的第15面622e与第1调整用凹部663A的第24面663d对置。但是,第11面622a和第21面663a、第12面622b和第22面663b、第14面622d和第23面663c以及第15面622e和第24面663d相互对置,但也可以不直接接触。即,第1调整用凸部622A以与第1调整用凹部663A之间具有间隙C2的方式配置于第1调整用凹部663A的内部。另外,相互对置的上述2个面可以相互平行,也可以相互不平行。另外,第1调整用凸部622A的第13面622c不与第1调整用凹部663A的面对置,而向外部露出。
如图11所示,第2投射光学支承部件62B在第2调整用凸部622B收纳于第2调整用凹部663B内的状态下固定于连结部件66。在该状态下,如图12所示,第2调整用凸部622B的第16面622f与第2调整用凹部663B的第25面663e对置,第2调整用凸部622B的第17面622g与第2调整用凹部663B的第26面663f对置,第2调整用凸部622B的第19面622i与第2调整用凹部663B的第27面663g对置,第2调整用凸部622B的第20面622j与第2调整用凹部663B的第28面663h对置。但是,第16面622f和第25面663e、第17面622g和第26面663f、第19面622i和第27面663g以及第20面622j和第28面663h彼此对置,但也可以不直接接触。即,第2调整用凸部622B以与第2调整用凹部663B之间具有间隙C2的方式配置于第2调整用凹部663B的内部。另外,相互对置的上述的2个面可以相互平行,也可以相互不平行。另外,第2调整用凸部622B的第18面622h不与第2调整用凹部663B的面对置,而向外部露出。
上述的间隙C2例如为几十μm~1mm左右的大小,比一般的部件彼此的组装所需的间隙大。如后所述,多个部位的间隙C2用于调整第1显示模块101A、第2显示模块101B的位置关系,因此不需要为相同的大小。在多个部位的间隙C2设置有粘接层67。即,第1投射光学支承部件62A和第2投射光学支承部件62B在调整了彼此的位置关系的状态下通过设置于上述多个部位的间隙C2的粘接层67而固定于连结部件66,并经由连结部件66而彼此连结。
在制造本实施方式的虚像显示装置100时,在第1显示模块101A中,通过进行第1显示元件支承部件61A与第1投射光学支承部件62A的对位,来进行第1显示元件11A与第1投射光学系统12A的相对位置的调整,并且,在第2显示模块101B中,通过进行第2显示元件支承部件61B与第2投射光学支承部件62B的对位,来进行第2显示元件11B与第2投射光学系统12B的相对位置的调整,使用粘接剂将各显示元件支承部件61A、61B与各投射光学支承部件62A、62B接合。此后,通过进行第1投射光学支承部件62A与连结部件66的位置调整以及第2投射光学支承部件62B与连结部件66的位置调整,来进行第1显示模块101A与第2显示模块101B的相对位置的调整,使用粘接剂将各投射光学支承部件62A、62B与连结部件66接合。
以下,对各部件的位置调整的方法进行具体说明。
关于各显示元件支承部件61A、61B和各投射光学支承部件62A、62B的位置调整,由于在第1显示模块101A和第2显示模块101B中是相同的,因此以第1显示模块101A为代表进行说明,并且省略各部件的“第1”的序数。
首先,如图9所示,进行显示模块101A中的显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的位置调整。此时,一边确认光瞳位置处的虚像的显示状态,一边在固定了投射光学支承部件62的位置的状态下调整显示元件支承部件61的位置。
此时,由于在凸部611与凹部621之间设置有例如1mm左右的间隙C1,因此在将凸部611配置于凹部621内的状态下,能够分别调整显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的横向(X方向)上的相对位置、纵向(Y方向)上的相对位置、进深方向(Z方向)上的相对位置以及显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的绕X轴的相对旋转位置、绕Y轴的相对旋转位置以及绕Z轴的相对旋转位置。即,通过在凸部611与凹部621之间设置间隙C1,能够进行显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的6轴方向的位置调整。
接着,在显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的6轴方向的位置调整结束后,在维持显示元件支承部件61与投射光学支承部件62的位置关系的状态下,向凸部611与凹部621之间的间隙C1注入粘接剂,使粘接剂固化。作为粘接剂,例如可以使用由紫外线固化性树脂构成的粘接剂,可以通过对涂布后的粘接剂照射紫外光而使其固化。另外,粘接剂的种类没有特别限定。另外,也可以代替上述的步骤,在凸部611和凹部621中的至少一方涂布粘接剂之后,进行显示元件支承部件61和投射光学支承部件62的位置调整,之后,使粘接剂固化。
接着,进行第1显示模块101A和第2显示模块101B的位置调整。此时,一边确认双眼处的虚像的显示状态,一边调整第1显示模块101A与第2显示模块101B的相对位置关系,调整左右的虚像的水平方向、垂直方向以及旋转方向的显示位置、会聚(convergence)距离等状态。
这里,作为一个步骤,例如在将第2显示模块101B临时固定于连结部件66的基础上,调整第1显示模块101A与连结部件66的位置关系。此时,如图12所示,在第1调整用凸部622A与第1调整用凹部663A之间设置有例如1mm左右的间隙C2,因此,在将第1调整用凸部622A配置于第1调整用凹部663A内的状态下,能够分别调整第1显示模块101A与连结部件66的横向(X方向)上的相对位置、纵向(Y方向)上的相对位置、进深方向(Z方向)上的相对位置、绕X轴的相对旋转位置、绕Y轴的相对旋转位置、绕Z轴的相对旋转位置。
由此,能够调整第1显示模块101A与连结部件66的位置关系,其结果,能够调整第1显示模块101A与第2显示模块101B的位置关系。此外,通过上述的步骤,在无法适当地调整第1显示模块101A与第2显示模块101B的位置关系的情况下,也可以进一步调整第2显示模块101B与连结部件66的位置关系。另外,也可以与上述的步骤相反,在将第1显示模块101A临时固定于连结部件66的基础上,调整第2显示模块101B与连结部件66的位置关系。根据任意的步骤,在本实施方式的虚像显示装置100中,通过在第1调整用凸部622A与第1调整用凹部663A之间以及第2调整用凸部622B与第2调整用凹部663B之间设置间隙C2,都能够进行第1显示模块101A与第2显示模块101B的6轴方向的位置调整。
接着,在第1显示模块101A与第2显示模块101B的6轴方向的位置调整结束后,在维持第1显示模块101A与第2显示模块101B的位置关系的状态下,向第1调整用凸部622A与第1调整用凹部663A之间以及第2调整用凸部622B与第2调整用凹部663B之间的间隙C2注入粘接剂,使粘接剂固化。作为粘接剂,例如可以使用由紫外线固化性树脂构成的粘接剂,可以通过对涂布后的粘接剂照射紫外光而使其固化。另外,粘接剂的种类没有特别限定。另外,也可以代替上述的步骤,在各调整用凸部622A、622B和各调整用凹部663A、663B中的至少一方涂布粘接剂之后,进行第1显示模块101A和第2显示模块101B的位置调整,之后,使粘接剂固化。
这样,连结部65具有调整构造,该调整构造通过在各调整用凸部622A、622B与各调整用凹部663A、663B之间设置有间隙C2,而对第1投射光学支承部件62A与第2投射光学支承部件62B的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置进行调整。另外,也可以代替本实施方式的结构,仅在第1调整用凸部622A与第1调整用凹部663A之间以及第2调整用凸部622B与第2调整用凹部663B之间中的任意一方设置间隙C2,在另一方不设置间隙C2。在该结构中,仅能够进行设置有间隙C2的一侧的显示模块101A、101B与连结部件66的位置调整,但即使在该情况下,也能够进行第1显示模块101A与第2显示模块101B的相对的位置调整。此外,上述的调整构造只要是能够在虚像显示装置100的制造工艺的中途进行位置调整的构造即可,也可以在位置调整后成为利用粘接剂等固定的状态。即,上述的调整构造意味着不一定在虚像显示装置100完成后也能够进行位置调整的构造。但是,也可以在虚像显示装置100完成后也能够进行位置调整。
如以上说明的那样,本实施方式的虚像显示装置100的制造方法包含如下工序:第1调整工序,在第1显示模块101A中,在使凸部611与凹部621嵌合的状态下,调整第1显示元件支承部件61A与第1投射光学支承部件62A的相对旋转位置、横向上的相对位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置;第2调整工序,在第2显示模块101B中,在使凸部611与凹部621嵌合的状态下,调整第2显示元件支承部件61B与第2投射光学支承部件62B的相对旋转位置、横向上的相对位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置;以及第3调整工序,使用连结部65的调整构造,调整第1投射光学支承部件62A与第2投射光学支承部件62B的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个位置。
如以上说明的那样,在本实施方式的虚像显示装置100中,能够通过棱镜22校正像差,因此能够实现分辨率的提高以及光学系统的小型化,进而能够实现装置整体的小型化。另外,在轴偏离系统112的轴偏离面SO中,中间光瞳IP配置于投射透镜21与内反射面22b之间且比投射透镜21以及内反射面22b更靠棱镜22的入射面22a侧的位置,因此容易避免光学系统的大型化并且在显示元件11侧确保远心性。另外,通过在该位置配置中间光瞳IP,容易缩短焦距、增大倍率,能够在使显示元件11接近棱镜22等的同时缩小显示元件11。另外,由于中间像IM形成在棱镜22与透视反射镜23之间,因此能够缩小棱镜22。
另外,根据本实施方式的虚像显示装置100,能够在虚像显示装置100的制造时的组装工序中适当地调整各显示模块101A、101B中的显示元件11与投射光学系统12的相对位置关系和第1显示模块101A与第2显示模块101B的相对位置关系的双方。由此,能够适当地校正图像的畸变,能够抑制伴随畸变校正的虚像的分辨率的劣化,并且能够降低双眼观看虚像时的不适感,能够提高显示品质。
另外,在本实施方式的虚像显示装置100中,连结部65具有与第1投射光学支承部件62A以及第2投射光学支承部件62B分体设置的连结部件66,因此在进行第1显示模块101A与第2显示模块101B的位置调整时,连结部件66也作为支承第1投射光学支承部件62A以及第2投射光学支承部件62B的支承部件发挥功能。由此,能够稳定地进行第1显示模块101A和第2显示模块101B的位置调整作业。另外,由于连结部件66的存在而能够较宽广地取得粘接面,能够确保第1显示模块101A与第2显示模块101B的连结部65的机械强度。
另外,在本实施方式的虚像显示装置100中,各显示元件支承部件61A、61B具有从各显示元件支承部件主体610的侧面向横向突出的凸部611,各投射光学支承部件62A、62B具有与各凸部611对置的凹部621,因此能够以使凸部611与凹部621嵌合的方式进行各显示元件支承部件61A、61B与各投射光学支承部件62A、62B的位置调整。
另外,在本实施方式的虚像显示装置100中,各凸部611具有分别与横向、纵向以及进深方向交叉的对置面,各凹部621具有与各凸部611的对置面对置的对置面,因此能够精密地进行各显示元件支承部件61A、61B与各投射光学支承部件62A、62B的6轴方向的位置调整。
另外,在本实施方式的虚像显示装置100中,构成各投射光学系统12A、12B的投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23不经由其他部件而经由粘接层相互接合,因此能够实现各显示模块101A、101B的小型化,并且能够确保投射透镜21、棱镜22以及透视反射镜23的定位精度。
[第2实施方式]
以下,使用图13对本发明的第2实施方式进行说明。
第2实施方式的虚像显示装置的基本结构与第1实施方式相同,连结部的结构与第1实施方式不同。因此,省略虚像显示装置的整体结构的说明。
图13是本实施方式的虚像显示装置200中的第1显示模块201A以及第2显示模块201B的立体图。
在图13中,对与在第1实施方式中使用的附图相同的结构要素标注相同的标号,并省略说明。
在第1实施方式的虚像显示装置100中,连结部65具有将第1显示模块101A与第2显示模块101B相互连结的连结部件66。与此相对,在本实施方式的虚像显示装置200中,连结部75不具有将第1显示模块201A与第2显示模块201B相互连结的连结部件。
如图13所示,在本实施方式的虚像显示装置200中,连结部75具有与第1投射光学支承部件72A一体地设置的第1连结部721A和与第2投射光学支承部件72B一体地设置的第2连结部721B。
第1连结部721A从第1投射光学支承部件主体朝向横向的一方(+X方向)延伸。第1连结部721A在朝向+X方向延伸的末端部设置有用于调整相对于第2投射光学支承部件72B的相对旋转位置、横向上的相对位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置的第1卡合部721c。第2连结部721B从第2投射光学支承部件主体朝向横向的另一方(-X方向)延伸。第2连结部721B在朝向-X方向延伸的末端部设置有用于调整相对于第1投射光学支承部件72A的相对旋转位置、横向上的相对位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置的第2卡合部721d。
具体而言,第1卡合部721c由以下部分构成:凸部,其位于前方(+Z方向),朝向设置有第2投射光学支承部件72B的方向突出;以及凹部,其位于比凸部靠后方(-Z方向)的位置,朝向与设置有第2投射光学支承部件72B的方向相反的方向凹陷。第2卡合部721d由以下部分构成:凸部,其位于后方(-Z方向),朝向设置有第1投射光学支承部件72A的方向突出;以及凹部,其位于比凸部靠前方(+Z方向)的位置,朝向与设置有第1投射光学支承部件72A的方向相反的方向凹陷。第1投射光学支承部件72A和第2投射光学支承部件72B配置在第1卡合部721c的凸部与第2卡合部721d的凹部卡合、第1卡合部721c的凹部与第2卡合部721d的凸部卡合的位置。
在第1卡合部721c与第2卡合部721d之间设置有间隙C3。间隙C3例如为几十μm~1mm左右的大小。在间隙C3设置有粘接层67。即,第1投射光学支承部件72A和第2投射光学支承部件72B在调整了彼此的位置关系的状态下通过设置于间隙C3的粘接层67而相互连结。这样,第1卡合部721c与第2卡合部721d的卡合既可以是经由粘接层67等接合材料而固定的状态,也可以是不经由接合材料而通过凸部与凹部嵌合而固定的状态。
虚像显示装置200的其他结构与第1实施方式的虚像显示装置100相同。
在本实施方式的虚像显示装置200中,在进行第1显示模块201A与第2显示模块201B的位置调整时,例如在使第2显示模块201B保持于任意的夹具的状态下使第1显示模块201A移动,并且调整第1显示模块201A与第2显示模块201B的位置关系。此时,由于在第1卡合部721c与第2卡合部721d之间设置有例如1mm左右的间隙C3,因此能够分别调整第1显示模块201A与第2显示模块201B的横向(X方向)上的相对位置、纵向(Y方向)上的相对位置、进深方向(Z方向)上的相对位置以及第1显示模块201A与第2显示模块201B的绕X轴的相对旋转位置、绕Y轴的相对旋转位置、绕Z轴的相对旋转位置。本实施方式也与第1实施方式同样,调整构造只要是能够在虚像显示装置200的制造工艺的中途进行位置调整的构造即可,也可以在位置调整后成为借助粘接层67固定的状态。
在本实施方式中,也能够得到如下与第1实施方式相同的效果:能够实现虚像显示装置200的小型化、能够适当地校正虚像的畸变、并且能够减少双眼观察虚像时的不适感、能够提高显示品质。
特别是在本实施方式的情况下,连结部75不具有与第1显示模块201A以及第2显示模块201B分体的连结部件,因此能够实现虚像显示装置200的部件件数的削减。
此外,本发明的技术范围并不限定于上述实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
例如在上述实施方式的虚像显示装置中,连结部具有能够进行第1显示模块和第2显示模块的6轴方向的位置调整的调整构造,但也可以具有能够进行除了横向上的相对位置以外的5轴方向的位置调整的调整构造。
在上述实施方式中,构成各凸部和各凹部的多个面彼此相互垂直,但多个面也可以不必相互垂直,例如相邻的面彼此也可以形成锐角或钝角。另外,在上述实施方式中,由具有大致长方体状的形状的凸部和凹部构成,但也可以代替该结构,而采用例如由销构成凸部,由孔构成凹部,通过使销与具有间隙的孔嵌合来进行2个光学部件的位置调整的结构。另外,在上述实施方式中,作为连结部,各显示模块的投射光学支承部件具有调整用凸部,连结部件具有调整用凹部,但也可以与该结构相反,连结部件具有调整用凸部,各显示模块的投射光学支承部件具有将调整用凸部收纳于内部的调整用凹部。
在上述实施方式中,举出了构成投射光学系统的投射透镜、棱镜以及透视反射镜经由粘接层而相互粘接的例子,但投射透镜、棱镜以及透视反射镜也可以经由其他支承部件而连结。另外,在上述实施方式中,投射透镜由1片透镜构成,但也可以由多片透镜构成。另外,在上述实施方式中,作为构成投射光学系统的光学部件,列举了投射透镜、棱镜、透视反射镜的例子,但除此之外,例如也可以是反射型体积全息元件、菲涅耳透镜等光学部件。
此外,构成虚像显示装置的各种结构要素的数量、配置、形状以及材料等具体的结构不限于上述实施方式,能够适当变更。
另外,在上述实施方式中,作为虚像显示装置的一个例子,列举了头戴显示器,但也可以将本发明应用于例如双目镜那样用手握持装置主体进行窥视的方式的显示器、所谓的手持显示器。
本发明的一个方式的虚像显示装置也可以具有以下的结构。
本发明的一个方式的虚像显示装置具有:第1显示模块,其相对于右眼形成第1虚像;第2显示模块,其相对于左眼形成第2虚像;以及连结部,其连结所述第1显示模块和所述第2显示模块,所述第1显示模块具有:第1显示元件,其射出形成右眼用图像的第1图像光;第1显示元件支承部件,其支承所述第1显示元件;第1投射光学系统,其投射从所述第1显示元件射出的所述第1图像光而形成第1射出光瞳;以及第1投射光学支承部件,其支承所述第1投射光学系统,所述第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部中的任意一方,所述第1投射光学支承部件具有所述第1凸部和所述第1凹部中的任意另一方,所述第1凸部以与所述第1凹部之间具有间隙的方式配置于所述第1凹部的内部,所述第2显示模块具有:第2显示元件,其射出形成左眼用图像的第2图像光;第2显示元件支承部件,其支承所述第2显示元件;第2投射光学系统,其投射从所述第2显示元件射出的所述第2图像光而形成第2射出光瞳;以及第2投射光学支承部件,其支承所述第2投射光学系统,所述第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部中的任意一方,所述第2投射光学支承部件具有所述第2凸部和所述第2凹部中的任意另一方,所述第2凸部以与所述第2凹部之间具有间隙的方式配置于所述第2凹部的内部,所述连结部具有能够调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的调整构造。
在本发明的一个方式的虚像显示装置中,也可以是,所述连结部具有与所述第1投射光学支承部件和所述第2投射光学支承部件分体设置并且连结所述第1投射光学支承部件和所述第2投射光学支承部件的连结部件,所述第1投射光学支承部件具有用于调整相对于所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第1调整用凸部,所述第2投射光学支承部件具有用于调整相对于所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第2调整用凸部,所述连结部件具有收纳所述第1调整用凸部和所述第2调整用凸部的调整用凹部,在所述第1调整用凸部和所述第2调整用凸部与所述调整用凹部之间设置有间隙。
在本发明的一个方式的虚像显示装置中,也可以是,所述连结部具有与所述第1投射光学支承部件一体地设置的第1连结部和与所述第2投射光学支承部件一体地设置的第2连结部,所述第1连结部具有用于调整相对于所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第1卡合部,所述第2连结部具有用于与所述第1卡合部卡合而调整相对于所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第2卡合部,所述第1卡合部配置为与所述第2卡合部之间具有间隙。
在本发明的一个方式的虚像显示装置中,也可以是,所述第1显示元件支承部件具有第1显示元件支承部件主体和从所述第1显示元件支承部件主体的侧面沿横向突出的所述第1凸部,所述第1投射光学支承部件具有与所述第1凸部对置的所述第1凹部,所述第2显示元件支承部件具有第2显示元件支承部件主体和从所述第2显示元件支承部件主体的侧面沿横向突出的所述第2凸部,所述第2投射光学支承部件具有与所述第2凸部对置的所述第2凹部。
在本发明的一个方式的虚像显示装置中,也可以是,所述第1凸部具有与横向交叉的第1对置面、与纵向交叉的第2对置面以及与进深方向交叉的第3对置面,所述第1凹部具有与所述第1对置面对置的第4对置面、与所述第2对置面对置的第5对置面以及与所述第3对置面对置的第6对置面,所述第2凸部具有与横向交叉的第7对置面、与纵向交叉的第8对置面以及与进深方向交叉的第9对置面,所述第2凹部具有与所述第7对置面对置的第10对置面、与所述第8对置面对置的第11对置面以及与所述第9对置面对置的第12对置面。
在本发明的一个方式的虚像显示装置中,也可以是,所述第1投射光学系统具有,第1投射透镜,其使从所述第1显示元件射出的所述第1图像光会聚;第1棱镜,其使从所述第1投射透镜射出的所述第1图像光在入射面折射地入射,并且被内反射面全反射,从射出面折射地射出;以及第1透视反射镜,其使从所述第1棱镜射出的所述第1图像光朝向光瞳位置反射而形成所述射出光瞳,所述第1投射透镜、所述第1棱镜以及所述第1透视反射镜经由粘接层而相互接合,所述第2投射光学系统具有:第2投射透镜,其使从所述第2显示元件射出的所述第2图像光会聚;第2棱镜,其使从所述第2投射透镜射出的所述第2图像光在入射面折射地入射,并且被内反射面全反射,从射出面折射地射出;以及第2透视反射镜,其使从所述第2棱镜射出的所述第2图像光朝向光瞳位置反射而形成所述射出光瞳,所述第2投射透镜、所述第2棱镜以及所述第2透视反射镜经由粘接层而相互接合。
在本发明的一个方式的虚像显示装置中,也可以是,显示于所述第1显示元件的图像具有抵消由所述第1投射透镜、所述第1棱镜以及所述第1透视反射镜形成的畸变的畸变,显示于所述第2显示元件的图像具有抵消由所述第2投射透镜、所述第2棱镜以及所述第2透视反射镜形成的畸变的畸变。
本发明的一个方式的虚像显示装置的制造方法也可以具有以下的结构。
在本发明的一个方式的虚像显示装置的制造方法中,该虚像显示装置具有:第1显示模块,其相对于右眼形成第1虚像;第2显示模块,其相对于左眼形成第2虚像;以及连结部,其连结所述第1显示模块和所述第2显示模块,所述第1显示模块具有:第1显示元件,其射出右眼用的第1图像光;第1显示元件支承部件,其支承所述第1显示元件;第1投射光学系统,其投射从所述第1显示元件射出的所述第1图像光而形成第1射出光瞳;以及第1投射光学支承部件,其支承所述第1投射光学系统,所述第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部中的任意一方,所述第1投射光学支承部件具有所述第1凸部和所述第1凹部中的任意另一方,所述第1凸部以与所述第1凹部之间具有间隙的方式配置于所述第1凹部的内部,所述第2显示模块具有:第2显示元件,其射出左眼用的第2图像光;第2显示元件支承部件,其支承所述第2显示元件;第2投射光学系统,其投射从所述第2显示元件射出的所述第2图像光而形成第2射出光瞳;以及第2投射光学支承部件,其支承所述第2投射光学系统,所述第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部中的任意一方,所述第2投射光学支承部件具有所述第2凸部和所述第2凹部中的任意另一方,所述第2凸部以与所述第2凹部之间具有间隙的方式配置于所述第2凹部的内部,所述连结部具有调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对位置关系的调整构造,其中,该虚像显示装置的制造方法包含如下工序:第1调整工序,在使所述第1凸部与所述第1凹部嵌合的状态下,调整所述第1显示元件支承部件与所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置、横向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个;第2调整工序,在使所述第2凸部与所述第2凹部嵌合的状态下,调整所述第2显示元件支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置、横向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个;以及第3调整工序,使用所述连结部的所述调整构造,调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个。
Claims (8)
1.一种虚像显示装置,其具有:
第1显示模块,其相对于右眼形成第1虚像;
第2显示模块,其相对于左眼形成第2虚像;以及
连结部,其连结所述第1显示模块和所述第2显示模块,
所述第1显示模块具有:
第1显示元件,其射出形成右眼用图像的第1图像光;
第1显示元件支承部件,其支承所述第1显示元件;
第1投射光学系统,其投射从所述第1显示元件射出的所述第1图像光而形成第1射出光瞳;以及
第1投射光学支承部件,其支承所述第1投射光学系统,
所述第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部中的任意一方,
所述第1投射光学支承部件具有所述第1凸部和所述第1凹部中的任意另一方,
所述第1凸部以与所述第1凹部之间具有间隙的方式配置于所述第1凹部的内部,
所述第2显示模块具有:
第2显示元件,其射出形成左眼用图像的第2图像光;
第2显示元件支承部件,其支承所述第2显示元件;
第2投射光学系统,其投射从所述第2显示元件射出的所述第2图像光而形成第2射出光瞳;以及
第2投射光学支承部件,其支承所述第2投射光学系统,
所述第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部中的任意一方,
所述第2投射光学支承部件具有所述第2凸部和所述第2凹部中的任意另一方,
所述第2凸部以与所述第2凹部之间具有间隙的方式配置于所述第2凹部的内部,
所述连结部具有能够调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的调整构造。
2.根据权利要求1所述的虚像显示装置,其中,
所述连结部具有连结部件,该连结部件与所述第1投射光学支承部件和所述第2投射光学支承部件分体设置并且连结所述第1投射光学支承部件和所述第2投射光学支承部件,
所述第1投射光学支承部件具有用于调整相对于所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第1调整用凸部,
所述第2投射光学支承部件具有用于调整相对于所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第2调整用凸部,
所述连结部件具有收纳所述第1调整用凸部和所述第2调整用凸部的调整用凹部,在所述第1调整用凸部和所述第2调整用凸部与所述调整用凹部之间设置有间隙。
3.根据权利要求1所述的虚像显示装置,其中,
所述连结部具有与所述第1投射光学支承部件一体地设置的第1连结部和与所述第2投射光学支承部件一体地设置的第2连结部,
所述第1连结部具有用于调整相对于所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第1卡合部,
所述第2连结部具有用于与所述第1卡合部卡合而调整相对于所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个的第2卡合部,
所述第1卡合部配置为与所述第2卡合部之间具有间隙。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的虚像显示装置,其中,
所述第1显示元件支承部件具有第1显示元件支承部件主体和从所述第1显示元件支承部件主体的侧面沿横向突出的所述第1凸部,
所述第1投射光学支承部件具有与所述第1凸部对置的所述第1凹部,
所述第2显示元件支承部件具有第2显示元件支承部件主体和从所述第2显示元件支承部件主体的侧面沿横向突出的所述第2凸部,
所述第2投射光学支承部件具有与所述第2凸部对置的所述第2凹部。
5.根据权利要求4所述的虚像显示装置,其中,
所述第1凸部具有与横向交叉的第1对置面、与纵向交叉的第2对置面以及与进深方向交叉的第3对置面,
所述第1凹部具有与所述第1对置面对置的第4对置面、与所述第2对置面对置的第5对置面以及与所述第3对置面对置的第6对置面,
所述第2凸部具有与横向交叉的第7对置面、与纵向交叉的第8对置面以及与进深方向交叉的第9对置面,
所述第2凹部具有与所述第7对置面对置的第10对置面、与所述第8对置面对置的第11对置面以及与所述第9对置面对置的第12对置面。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的虚像显示装置,其中,
所述第1投射光学系统具有,
第1投射透镜,其使从所述第1显示元件射出的所述第1图像光会聚;
第1棱镜,其使从所述第1投射透镜射出的所述第1图像光在入射面折射地入射,并且被内反射面全反射,从射出面折射地射出;以及
第1透视反射镜,其使从所述第1棱镜射出的所述第1图像光朝向光瞳位置反射而形成所述射出光瞳,
所述第1投射透镜、所述第1棱镜以及所述第1透视反射镜经由粘接层而相互接合,
所述第2投射光学系统具有:
第2投射透镜,其使从所述第2显示元件射出的所述第2图像光会聚;
第2棱镜,其使从所述第2投射透镜射出的所述第2图像光在入射面折射地入射,并且被内反射面全反射,从射出面折射地射出;以及
第2透视反射镜,其使从所述第2棱镜射出的所述第2图像光朝向光瞳位置反射而形成所述射出光瞳,
所述第2投射透镜、所述第2棱镜以及所述第2透视反射镜经由粘接层而相互接合。
7.根据权利要求6所述的虚像显示装置,其中,
显示于所述第1显示元件的图像具有如下的畸变:该畸变抵消由所述第1投射透镜、所述第1棱镜以及所述第1透视反射镜形成的畸变,
显示于所述第2显示元件的图像具有如下的畸变:该畸变抵消由所述第2投射透镜、所述第2棱镜以及所述第2透视反射镜形成的畸变。
8.一种虚像显示装置的制造方法,该虚像显示装置具有:
第1显示模块,其相对于右眼形成第1虚像;
第2显示模块,其相对于左眼形成第2虚像;以及
连结部,其连结所述第1显示模块和所述第2显示模块,
所述第1显示模块具有:第1显示元件,其射出右眼用的第1图像光;第1显示元件支承部件,其支承所述第1显示元件;第1投射光学系统,其投射从所述第1显示元件射出的所述第1图像光而形成第1射出光瞳;以及第1投射光学支承部件,其支承所述第1投射光学系统,
所述第1显示元件支承部件具有第1凸部和第1凹部中的任意一方,所述第1投射光学支承部件具有所述第1凸部和所述第1凹部中的任意另一方,
所述第1凸部以与所述第1凹部之间具有间隙的方式配置于所述第1凹部的内部,
所述第2显示模块具有:第2显示元件,其射出左眼用的第2图像光;第2显示元件支承部件,其支承所述第2显示元件;第2投射光学系统,其投射从所述第2显示元件射出的所述第2图像光而形成第2射出光瞳;以及第2投射光学支承部件,其支承所述第2投射光学系统,
所述第2显示元件支承部件具有第2凸部和第2凹部中的任意一方,所述第2投射光学支承部件具有所述第2凸部和所述第2凹部中的任意另一方,
所述第2凸部以与所述第2凹部之间具有间隙的方式配置于所述第2凹部的内部,
所述连结部具有调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对位置关系的调整构造,
其中,该虚像显示装置的制造方法包含如下工序:
第1调整工序,在使所述第1凸部与所述第1凹部嵌合的状态下,调整所述第1显示元件支承部件与所述第1投射光学支承部件的相对旋转位置、横向上的相对位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个;
第2调整工序,在使所述第2凸部与所述第2凹部嵌合的状态下,调整所述第2显示元件支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、横向上的相对位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个;以及
第3调整工序,使用所述连结部的所述调整构造,调整所述第1投射光学支承部件与所述第2投射光学支承部件的相对旋转位置、纵向上的相对位置以及进深方向上的相对位置中的至少一个。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012088472A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Seiko Epson Corp | 虚像表示装置 |
JP2012163641A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Seiko Epson Corp | 虚像表示装置 |
US20150279114A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | Seiko Epson Corporation | Virtual image display device and head-mounted display |
CN107085301A (zh) * | 2016-02-15 | 2017-08-22 | 精工爱普生株式会社 | 头戴式图像显示装置 |
CN110780443A (zh) * | 2018-07-30 | 2020-02-11 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
CN111435197A (zh) * | 2019-01-15 | 2020-07-21 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012088472A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Seiko Epson Corp | 虚像表示装置 |
JP2012163641A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Seiko Epson Corp | 虚像表示装置 |
US20150279114A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | Seiko Epson Corporation | Virtual image display device and head-mounted display |
CN107085301A (zh) * | 2016-02-15 | 2017-08-22 | 精工爱普生株式会社 | 头戴式图像显示装置 |
CN110780443A (zh) * | 2018-07-30 | 2020-02-11 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
CN111435197A (zh) * | 2019-01-15 | 2020-07-21 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
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