CN114967138B - 光学模块以及头部佩戴型显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光学模块以及头部佩戴型显示装置，防止由于经由透镜与棱镜之间的空间入射的杂散光而产生光学模块的光学性能的劣化。光学模块具有：投射透镜，其是使从影像元件入射的影像光从射出面射出的第1光学部件；棱镜反射镜，其是使来自投射透镜的影像光从入射面入射的第2光学部件；组合器，其将来自棱镜反射镜的影像光朝向光瞳位置反射；以及遮光部件，其支承于棱镜反射镜的入射面和投射透镜的射出面中的至少一方的周围，从与入射到棱镜反射镜的入射面的影像光的光轴垂直的方向观察时，棱镜反射镜的入射面的至少一部分从遮光部件朝向投射透镜的射出面突出。

Description

光学模块以及头部佩戴型显示装置

技术领域

本发明涉及能够观察虚像的光学模块以及具有该光学模块的头部佩戴型显示装置。

背景技术

作为组装于头部佩戴型显示装置而能够观察虚像的光学引擎，公知有具有变更影像光的光轴方向的棱镜和射出影像光并使其入射到棱镜的中继光学系统的光学引擎(参照专利文献1)。在该光学引擎中，通过在构成投射透镜的多个透镜之间配置对多余的影像光进行遮挡的遮光部件，来抑制重影(ghost)的产生。

专利文献1：日本特开2014-38226号公报

在上述专利文献1的装置中，使用遮光部件对影像光进行遮挡。在将这样的遮光部件设置在透镜与棱镜之间的情况下，难以缩短透镜与棱镜之间的距离。因此，透镜与棱镜之间的距离变长，有可能因经由透镜与棱镜之间的空间入射的杂散光而导致光学模块的光学性能劣化。

发明内容

本发明的一个方面的光学模块或头部佩戴型显示装置具有：影像元件，其射出影像光；第1光学部件，其具有射出来自影像元件的影像光的第1射出面；第2光学部件，其具有入射来自第1光学部件的影像光的入射面、射出所入射的影像光的第2射出面和使来自入射面的影像光朝向第2射出面反射的反射面；组合器，其使来自第2光学部件的影像光朝向光瞳位置反射；以及遮光部件，其对影像光的一部分进行遮挡，该遮光部件被支承在第2光学部件的入射面和第1光学部件的第1射出面中的至少一侧，从与包含第1光学部件、所述第2光学部件和所述组合器的侧视截面的法线平行的方向观察时，第2光学部件的入射面从遮光部件朝向第1光学部件的第1射出面突出。

附图说明

图1是说明第1实施方式的HMD的佩戴状态的外观立体图。

图2示出HMD主体的立体图和卸下外装部件后的内部的立体图。

图3示出光学模块的俯视图以及左侧视图。

图4是说明HMD的内部的光学系统的概念性的侧剖视图。

图5是说明显示像的歪曲校正的图。

图6是说明投射透镜相对于棱镜反射镜的定位的图。

图7是说明棱镜反射镜与第2透镜的连接的侧剖视图。

图8是说明遮光部件相对于第2透镜的安装状态的图。

图9是示出遮光部件的下端的周边的放大侧剖视图。

图10是说明遮光部件相对于第2透镜的安装状态的变形例的图。

图11是说明第2实施方式的HMD中的遮光部件的侧剖视图。

标号说明

11a、11b：影像元件；11d：显示面；17：遮光部件；17a：开口；17e：外缘；17i：上边；17j：下边；17k：斜边；17m：侧边部；17o：缘部分；17t：切口；17y：下端部；20：成像光学系统；21：投射透镜(第1光学部件)；21a、21c：入射面；21b、21d：射出面；21f：凸缘部；21g：内侧面；21h、21i：基准面；21j、21k：基准面；21r：突起；21u：上表面；21v：下框；21x：顶点；21y：爪；21z：外侧面；22：棱镜反射镜(第2光学部件)；22a：入射面；22b：内反射面；22c：射出面；22f：凸缘部；22j：连接面；22w：切口；23：透视反射镜；23a：反射面；23b：板状体；23c：反射镜膜；23o：外侧面；28：楔型光学元件；30：光学块；31：镜筒；54a、54b：限制面；55a、55b：定位面；55c、55d：定位面；61：支承板；61a、61b：框架；71o：开口；78：固定部件；100：光学模块；100a、100b：显示装置；103a、103b：组合器；200：图像显示装置；AX：光轴；AX1、AX2、AX3：光轴部分；EY：眼睛；ML：影像光；OL：外界光；OS：离轴光学系统；P1、P2、P3：光路；PP：光瞳位置；US：佩戴者。

具体实施方式

〔第1实施方式〕

以下，参照附图，对本发明的光学模块以及头部佩戴型显示装置的第1实施方式进行说明。

图1是说明图像显示装置200的佩戴状态的图。图像显示装置200是头部佩戴型显示装置即头戴显示器(以下，也称为HMD)201，使佩戴该头戴显示器的观察者或者佩戴者US识别作为虚像的影像。在图1等中，X、Y以及Z是垂直坐标系，+X方向与佩戴了图像显示装置200或者HMD 201的观察者或者佩戴者US的双眼EY排列的横向对应，+Y方向相当于与对于佩戴者US而言的双眼EY排列的横向垂直的上方向，+Z方向相当于对于佩戴者US而言的前方向或者正面方向。±Y方向与铅垂轴或铅垂方向平行。

图像显示装置200具有以覆盖佩戴者US的眼前的方式配置的主体200a和支承主体200a的镜腿状的一对支承装置200b。在功能方面来看的情况下，主体200a包含右眼用的第1显示装置100a和左眼用的第2显示装置100b。第1显示装置100a由配置于上部的第1显示驱动部102a和以眼镜镜片状覆盖眼前的第1组合器103a构成。第2显示装置100b也同样地，由配置在上部的第2显示驱动部102b和以眼镜镜片状覆盖眼前的第2组合器103b构成。

参照图2，对图像显示装置200的主体200a的构造等进行说明。在图2中，区域AR1是主体200a的外观立体图，区域AR2是使主体200a的上部露出的立体图。

主体200a中的配置于+Y侧即上侧的一对显示驱动部102a、102b被连结而一体化，由在横向上细长的圆顶状的上外装部件107a和平坦的板状的下外装部件107b覆盖。第1组合器103a和第2组合器103b具有将向前方即+Z方向突起的半球的上部切除而得的形状，配置为从下外装部件107b向下方突出。

右眼用的第1显示装置100a具有第1影像元件11a、第1光学系统12a、第1框架61a和第1组合器103a。第1光学系统12a被作为内罩的第1罩部件71a覆盖，第1影像元件11a以堵塞第1罩部件71a的开口71o的方式配置，经由矩形框状的第1保持架72a固定于第1光学系统12a。

左眼用的第2显示装置100b具有第2影像元件11b、第2光学系统12b、第2框架61b和第2组合器103b。第2光学系统12b被作为内罩的第2罩部件71b覆盖，第2影像元件11b以堵塞第2罩部件71b的开口71o的方式配置，经由矩形框状的第2保持架72b固定于第2光学系统12b。左眼用的第2显示装置100b具有与右眼用的第1显示装置100a相同的构造以及功能。即，第2影像元件11b与第1影像元件11a相同，第2光学系统12b与第1光学系统12a相同，第2组合器103b与第1组合器103a相同。

第1显示装置100a和第2显示装置100b在内部经由固定部件78连结并固定。即，固定部件78在中央支承组装于一对显示装置100a、100b的一对框架61a、61b，维持第1显示装置100a与第2显示装置100b相对定位的状态。具体而言，第1框架61a在靠近第2框架61b的内侧端部与棒状的固定部件78的一端连接，第2框架61b在靠近第1框架61a的内侧端部与棒状的固定部件78的另一端连接。第1框架61a和第2框架61b是半圆板状的金属部件，例如由镁合金形成。固定部件78也由例如镁合金形成。通过由镁合金这样的散热性高的材料形成第1框架61a和第2框架61b，能够提高影像元件11a等产生的热的散热效率。通过由镁合金那样的散热性高的材料形成固定部件78，能够具有通过散热来冷却第1框架61a、第2框架61b的效果。

在固定部件78的上方且左右的显示装置100a、100b之间配置有矩形板状的电路基板91。电路基板91包含控制第1影像元件11a以及第2影像元件11b的显示动作的控制装置92。控制装置92对左右的影像元件11a、11b输出与显示图像对应的驱动信号，控制左右的影像元件11a、11b的显示动作。控制装置92例如具有IF电路、信号处理电路等，根据从外部接收到的图像数据或图像信号，使左右的影像元件11a、11b进行2维的图像显示。虽然省略图示，但控制装置92包含总括了第1显示装置100a的动作和第2显示装置100b的动作的主基板。主基板例如能够具有在与未图示的外部装置之间进行通信并对从该外部装置接收到的信号进行信号转换的接口功能和使第1显示装置100a的显示动作与第2显示装置100b的显示动作协作的统合功能。

图3示出了构成第1显示装置100a的光学模块100。在图3中，区域BR1是光学模块100的俯视图，区域BR2是光学模块100的侧视图。第1光学系统12a通过粘接等固定于板状的第1框架61a的上表面，第1组合器103a在其上端通过粘接等固定于第1框架61a的周围中的前半部分。第1光学系统12a包含支承光学要素的镜筒31。镜筒31是配置于棱镜反射镜22与第1组合器103a之间的支承部件，在+Y侧的上部支承棱镜反射镜22，在下部经由楔型光学元件28固定于第1框架61a。作为第2光学部件的棱镜反射镜22在后方即-Z侧支承作为第1光学部件的投射透镜21，投射透镜21在棱镜反射镜22的相反侧的端部经由第1保持架72a支承第1影像元件11a。

图4是说明第1显示装置100a的光学构造的侧方剖视图。第1显示装置100a具有第1影像元件11a和成像光学系统20。成像光学系统20具有投射透镜21、棱镜反射镜22、楔型光学元件28以及透视反射镜23。在投射透镜21与棱镜反射镜22之间配置有遮光部件17。成像光学系统20中的投射透镜21、棱镜反射镜22和楔型光学元件28对应于图3等所示的第1光学系统12a，透视反射镜23对应于第1组合器103a。第1影像元件11a的主体、投射透镜21、棱镜反射镜22以及楔型光学元件28以相互定位的状态固定于第1框架61a，第1影像元件11a、投射透镜21以及棱镜反射镜22收纳于由第1罩部件71a和第1框架61a夹着的空间SP1内。楔型光学元件28以嵌入到形成于第1框架61a的光学开口OA的台阶的方式配置，光学开口OA的周围保持为气密的状态。

第1影像元件11a是自发光型的显示器件。第1影像元件11a例如是有机EL(有机电致发光，Organic Electro-Luminescence)显示器，在2维的显示面11d上形成彩色的静态图像或动态图像。第1影像元件11a沿着相对于XY面绕X轴稍微旋转而倾斜的xy面配置。第1影像元件11a被电路基板91驱动而进行显示动作。第1影像元件11a不限于有机EL显示器，能够置换为微型LED显示器、或者使用了无机EL、有机LED、激光器阵列、量子点发光型元件等的显示器件。第1影像元件11a不限于自发光型的图像光生成装置，也可以由LCD等其他的光调制元件构成，通过利用背光灯那样的光源对该光调制元件进行照明来形成图像。作为第1影像元件11a，也能够代替LCD而使用LCOS(Liquid crystal on silicon：硅基液晶，LCoS为注册商标)、数字微镜器件等。

投射透镜21包含第1透镜21p和第2透镜21q。第1透镜21p具有入射面21a和射出面21b，第2透镜21q具有入射面21c和射出面21d。投射透镜21接受从第1影像元件11a射出的影像光ML，使其入射到棱镜反射镜22。投射透镜21将从第1影像元件11a射出的影像光ML会聚成接近平行光束的状态。棱镜反射镜22具有入射面22a、内反射面22b和射出面22c。棱镜反射镜22以使从前方入射的影像光ML向相对于使入射方向反转的方向(从棱镜反射镜22观察的光源的方向)倾斜的方向折返的方式射出。楔型光学元件28具有第1面28a和第2面28b，使从棱镜反射镜22射出并朝向透视反射镜23的图像光ML通过。透视反射镜23具有反射面23a和外侧面23o。透视反射镜23将形成于棱镜反射镜22的光射出侧的中间像放大。

成像光学系统20由于透视反射镜23是凹面镜等而成为离轴光学系统OS。在本实施方式的情况下，投射透镜21、棱镜反射镜22以及透视反射镜23非轴对称地配置，具有非轴对称的光学面。所谓成像光学系统20是离轴光学系统OS是指在构成成像光学系统20的光学要素21、22、28、23中，在光线向多个反射面或折射面入射的前后，光路整体弯折。在该成像光学系统20即离轴光学系统OS中，以光轴AX沿着与纸面对应的离轴面(与YZ面平行的面)延伸的方式进行光轴AX的弯折，沿着该离轴面排列有光学要素21、22、28、23。光轴AX在按照与YZ面平行的横截面观察的情况下，通过在反射面的前后相互倾斜的多个光轴部分AX1、AX2、AX3而成为Z字状的配置。即，在与YZ面平行的离轴面中，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2阶段折返的配置。作为基准面的离轴面(与YZ面平行的面)与纵向的Y方向平行地延伸。在该情况下，构成第1显示装置100a的光学要素21、22、28、23在纵向上改变高度位置地排列，能够防止第1显示装置100a的横宽的增大。

成像光学系统20中的从投射透镜21到内反射面22b的光路P1朝向后方而向斜上方延伸。即，在光路P1中，光轴部分AX1向接近-Z方向与+Y方向的中间的方向延伸。从内反射面22b到透视反射镜23的光路P2朝向前方而向斜下方延伸。即，在光路P2中，光轴部分AX2向接近+Z方向与-Y方向的中间的方向延伸。但是，在以水平面方向(XZ面)为基准的情况下，光路P2的倾斜比光路P1的倾斜大。从透视反射镜23到光瞳位置PP的光路P3成为与Z方向接近平行的状态，但在图示的例子中，光轴部分AX3朝向+Z方向，以向下为负，为-10°左右。即，将光轴部分AX3延长后的射出光轴EX相对于与前方的+Z方向平行的中心轴HX向下倾斜10°左右地延伸。这是因为，人的视线在比水平方向向下侧倾斜约10°的稍微低头状态下稳定。

构成投射透镜(第1光学部件)21的第1透镜21p的入射面21a和射出面21b在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向上关于光轴AX具有非对称性，在横向或X方向上关于光轴AX具有对称性。构成投射透镜21的第2透镜21q的入射面21c和射出面21d在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向上关于光轴AX具有非对称性，在横向或X方向上关于光轴AX具有对称性。第1透镜21p和第2透镜21q例如由树脂形成，但也可以是玻璃制。第1透镜21p的入射面21a和射出面21b例如是自由曲面。入射面21a和射出面21b不限于自由曲面，也可以是非球面。第2透镜21q的入射面21c和射出面21d例如是自由曲面。入射面21c和射出面21d不限于自由曲面，也可以是非球面。通过将入射面21a、21c或射出面21b、21d设为自由曲面或非球面，能够实现像差降低，特别是在使用了自由曲面的情况下，容易提高偏心系统的光学性能，因此容易降低作为非共轴的离轴光学系统OS的成像光学系统20的像差。虽省略详细的图示，但在入射面21a、21c以及射出面21b、21d上形成有防反射膜。

棱镜反射镜(第2光学部件)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，使来自投射透镜21的影像光ML折射并反射。棱镜反射镜22使影像光ML经由入射面22a向内部入射，使入射的影像光ML被内反射面22b向非正面方向全反射，使入射的影像光ML经由射出面22c向外部射出。入射面22a和射出面22c是由曲面构成的光学面，与仅是反射面的情况或将它们设为平面的情况相比，有助于提高分辨率。作为构成棱镜反射镜22的光学面的入射面22a、内反射面22b和射出面22c在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向上关于光轴AX具有非对称性，在横向或X方向上关于光轴AX具有对称性。棱镜反射镜22例如由树脂形成，但也可以为玻璃制。棱镜反射镜22的主体的折射率被设定为也参照影像光ML的反射角而实现内表面处的全反射的值。棱镜反射镜22的光学面、即入射面22a、内反射面22b和射出面22c例如是自由曲面。入射面22a、内反射面22b和射出面22c不限于自由曲面，也可以是非球面。在棱镜反射镜22中，通过使光学面22a、22b、22c为自由曲面或非球面，能够实现像差降低，特别是在使用自由曲面的情况下，容易提高偏心系统的光学性能。关于内反射面22b，不限于通过全反射来反射影像光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Al、Ag那样的金属形成的单层膜或多层膜所构成的反射膜、或者粘贴由金属形成的片状的反射膜。虽省略详细的图示，但在入射面22a以及射出面22c上形成有防反射膜。

在棱镜反射镜22与投射透镜21之间配置有遮光部件17。遮光部件17配置在接近影像光ML整体上被聚拢的开口光瞳的位置，但由于成像光学系统20是离轴光学系统OS，因此在纵向的Y方向、横向的X方向上开口光瞳的位置不同，不是严格意义上的开口光圈。遮光部件17被支承于在棱镜反射镜22中入射有影像光ML的入射面22a和在投射透镜21中射出影像光ML的射出面21d中的至少一方的周围。这里，关于入射面22a、射出面21d，周围不限于入射面22a、射出面21d的外缘，也包含形成于入射面22a、射出面21d的外侧的凸缘部(未图示)。在具体的实施例中，如后所述，在第2透镜21q的凸缘部支承并固定有遮光部件17。从与入射到棱镜反射镜22的入射面22a的影像光ML的光轴部分AX1垂直的方向观察时，例如从±X方向观察时，棱镜反射镜22的入射面22a的一部分从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出。即，棱镜反射镜22的入射面22a经由遮光部件17的开口17a向投射透镜21的射出面21d侧伸出。这样，棱镜反射镜22的入射面22a经由遮光部件17的开口17a向投射透镜21的射出面21d侧伸出，由此遮光部件17接近棱镜反射镜22的凸缘部，投射透镜21与棱镜反射镜22的定位的自由度提高，容易将投射透镜21与棱镜反射镜22接近地配置，不仅容易使成像光学系统20小型化，还能够减少意料之外的光侵入投射透镜21与棱镜反射镜22之间的间隙、或意料之外的光从投射透镜21与棱镜反射镜22之间的间隙漏出的情况。

另外，虽然省略了图示，但能够在构成投射透镜21的第1透镜21p与第2透镜21q之间配置上述遮光部件17那样的遮光部件。另外，在棱镜反射镜22与楔型光学元件28之间，能够在棱镜反射镜22的附近配置上述遮光部件17那样的遮光部件、即支承于棱镜反射镜22的射出面22c的周围且射出面22c从开口伸出那样的遮光部件。

楔型光学元件28配置在棱镜反射镜22与透视反射镜23之间，具有透光性。楔型光学元件28具有改善成像状态的作用。设置于楔型光学元件28的入射侧的第1面28a平坦但为自由曲面，在与YZ面平行的纵向上关于光轴AX具有非对称性，在与YZ面垂直的X方向即横向上关于光轴AX具有对称性。在第1面28a形成有防反射膜。设置于楔型光学元件28的射出侧的第2面28b为平面并且形成有防反射膜。楔型光学元件28的厚度在作为前侧的+Z侧增加。由此，能够抑制由棱镜反射镜22等引起的歪曲像差的产生。楔型光学元件28的折射率与棱镜反射镜22的折射率不同。由此，能够在楔型光学元件28与棱镜反射镜22等之间调整折射、分散的程度，例如容易实现消色差。

透视反射镜23是作为凹的表面反射镜发挥功能的弯曲的板状的光学部件，反射来自棱镜反射镜22的影像光ML。即，透视反射镜23将来自第1光学系统12a的影像光ML朝向光瞳位置PP反射。透视反射镜23覆盖眼睛EY或瞳孔所处的光瞳位置PP，并且朝向光瞳位置PP具有凹形状，朝向外界具有凸形状。透视反射镜23是覆盖视野中的画面的有效区域的整体的凹面透过反射镜。透视反射镜23是具有会聚功能的准直器，使从显示面11d的各点射出的影像光ML的主光线且在第1光学系统12a的射出区域的附近通过成像而暂时扩展的影像光ML的主光线朝向光瞳位置PP反射并会聚到光瞳位置PP。透视反射镜23是具有在板状体23b的表面或背面上形成有具有透过性的反射镜膜23c的构造的反射镜板。透视反射镜23、反射面23a在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向上关于光轴AX具有非对称性，在横向或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例如是自由曲面。反射面23a不限于自由曲面，也可以是非球面。通过将透视反射镜23设为自由曲面或非球面，能够实现像差降低，特别是在使用自由曲面的情况下，容易降低作为离轴光学系统或非共轴光学系统的成像光学系统20的像差。

透视反射镜23是在反射时使一部分光透过的透过型的反射元件，透视反射镜23的反射面23a或反射镜膜23c由具有半透过性的反射层形成。由此，外界光OL通过透视反射镜23，因此能够实现外界的透视，能够使虚像与外界像重叠。此时，若支承反射镜膜23c的板状体23b薄至几mm左右以下，则能够将外界像的倍率变化抑制得较小。从确保影像光ML的亮度、容易观察基于透视的外界像的观点出发，反射镜膜23c对影像光ML、外界光OL的反射率在设想的影像光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由与从周围对其进行支承的支承板83相同的材料形成，具有与支承板83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也可以是调整了膜厚的Al、Ag等金属的单层膜或多层膜。反射镜膜23c能够通过层叠而形成，但也能够通过粘贴片状的反射膜而形成。在板状体23b的外侧面23o形成有防反射膜。

对光路进行说明，来自第1影像元件11a的影像光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的影像光ML入射到棱镜反射镜22，在入射面22a折射地通过，被内反射面22b以接近100％的高反射率反射，并再次被射出面22c折射。来自棱镜反射镜22的影像光ML经由楔型光学元件28入射到透视反射镜23，被反射面23a以50％左右以下的反射率反射。被透视反射镜23反射的影像光ML入射到佩戴者US的眼睛EY或者瞳孔所处的光瞳位置PP。通过了透视反射镜23或其周围的支承板83的外界光OL也入射到光瞳位置PP。即，佩戴了第1显示装置100a的佩戴者US能够与外界像重叠地观察基于影像光ML的虚像。

如图5所示，使形成于第1影像元件11a的显示面11d的显示像为预先具有梯形畸变那样的畸变的修正图像DA1。即，由于成像光学系统20是离轴光学系统OS，因此在光学系统本身中不容易完全去除梯形畸变那样的失真。因此，通过使显示于第1影像元件11a的图像具有抵消由投射透镜21、棱镜反射镜22、楔型光学元件28以及透视反射镜23形成的畸变的相反的畸变，能够使经由成像光学系统20在光瞳位置PP观察的虚像的投影像IG1的像素排列成为与原来的显示像DA0对应的格子图案，能够使轮廓成为矩形。即，第1影像元件11a对由投射透镜21、棱镜反射镜22、楔型光学元件28以及透视反射镜23形成的失真进行校正。其结果是，能够允许在透视反射镜23等产生的失真，并且作为包含第1影像元件11a在内的整体，能够抑制像差。由此，棱镜反射镜22等光学要素的配置、尺寸的自由度提高，能够实现第1显示装置100a的小型化，并且容易确保第1显示装置100a的光学性能。

参照图6，对投射透镜21相对于棱镜反射镜22的固定进行说明。在图6中，区域CR1是在镜筒31组装有棱镜反射镜22等的光学块30的主视图，区域CR2是光学块30的侧视图，区域CR3是光学块30的立体图，区域CR4是投射透镜21的立体图。投射透镜21直接固定于光学块30的棱镜反射镜22。此时，投射透镜21相对于棱镜反射镜22，在使用嵌合和偏置而定位的状态下被固定。

棱镜反射镜22在面向投射透镜21的位置具有一对切口22w，一对切口22w具有与第1假想平面VP1平行的一对限制面54a、54b。这里，第1假想平面VP1是包含入射到棱镜反射镜22的入射面22a的影像光ML的光轴部分AX1(参照图4)和从射出面22c射出的影像光ML的光轴部分AX2(参照图4)的平面，与离轴光学系统OS的离轴面一致。另一方面，投射透镜21中的后级的第2透镜21q在凸缘部21f具有一对爪21y作为一对嵌合部件。一对爪21y具有与第1假想平面VP1平行的一对内侧面21g。在将投射透镜21固定于棱镜反射镜22时，将投射透镜21的一对爪21y插入到形成于棱镜反射镜22的一对切口22w中，从与光轴部分AX1平行的方向观察时，成为一对爪21y夹着一对切口22w的状态。其结果，设置于棱镜反射镜22的一对限制面54a、54b与设置于投射透镜21的内侧面21g对置，能够进行与第1假想平面VP1垂直的X方向上的定位。根据以上内容，投射透镜21相对于棱镜反射镜22即光学块30在横向的X方向上被定位。

设置于棱镜反射镜22的一对切口22w具有：一对第1定位面55a、55b，它们与垂直于第1假想平面VP1且沿大致铅垂方向延伸的平面(即，与XY面大致平行的第2假想平面VP2)平行地延伸；以及一对第2定位面55c、55d，它们与垂直于第1假想平面VP1和第2假想平面VP2且大致水平地延伸的平面(即，与XZ面大致平行的平面)平行地延伸。另一方面，第2透镜21q的一对爪21y具有与设置于棱镜反射镜22的一对切口22w的一对第1定位面55a、55b抵接的一对基准面21h、21i。另外，第2透镜21q的一对爪21y具有与设置于棱镜反射镜22的一对切口22w的第2定位面55c、55d抵接的一对基准面21j、21k。根据以上内容，投射透镜21相对于棱镜反射镜22在X方向和Y方向上被高精度地定位。

根据以上内容，一对第1定位面55a、55b是一对带状的平面，夹着影像光ML的光轴AX在X方向上分离，与Y方向大致平行地延伸。通过一对第1定位面55a、55b与Y方向大致平行地延伸，能够限制第2透镜21q或投射透镜21绕与X方向平行的轴α的旋转。另外，通过一对第1定位面55a、55b夹着光轴AX在X方向上分离，能够限制第2透镜21q或投射透镜21绕与Y方向大致平行的轴β的旋转。并且，第2定位面55c、55d是夹着影像光ML的光轴AX在X方向上分离的一对平面。由此，能够通过第2定位面55c、55d限制第2透镜21q或投射透镜21绕与Z方向大致平行的轴γ的旋转。根据以上内容，能够关于交叉的3个轴α、β、γ，适当地设定投射透镜21的旋转姿势。

如以上那样，投射透镜21通过利用(1)被限制面54a和限制面54b夹着的嵌合、(2)相对于第1定位面55a、55b和第2定位面55c、55d的偏置而成为相对于棱镜反射镜22的凸缘部22f被定位的状态，维持该定位状态并使用光固化型的粘接材料、超声波熔接法等固定于棱镜反射镜22。

参照图7，在设置于投射透镜21的第2透镜21q的凸缘部21f的端面固定有遮光部件17。遮光部件17在具有矩形框状的轮廓的缘部分17o的内侧形成有开口17a。遮光部件17将从第2透镜21q的射出面21d射出的影像光ML的周边部分截断，仅使经由被缘部分17o包围的开口17a而通过射出面21d的有效区域内的影像光ML选择性地入射到棱镜反射镜22的入射面22a。这里，从与影像光ML的光轴部分AX1垂直的X方向观察时，棱镜反射镜22的入射面22a的顶点21x和/或其周边从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出。即，入射面22a的顶点21x和/或其周边超过遮光部件17的开口17a而向投射透镜21侧延伸。遮光部件17例如由SUS等金属板形成，其表面被具有光吸收性的材料(具体而言为黑色材料)涂装，被具有光吸收性的材料电镀，或者进行具有光吸收性的材料的蒸镀。遮光部件17的厚度例如为几10μm～几100μm左右，更具体而言，例如为20μm以上且300μm以下。在遮光部件17具有该程度的厚度的情况下，用于配置在投射透镜21与棱镜反射镜22之间的凸缘部21f、22f的形状设计变得容易。

图8是从光轴AX方向观察遮光部件17相对于第2透镜21q的安装状态的图。在图8中，区域DR1表示在第2透镜21q上安装了遮光部件17的状态，区域DR2表示从第2透镜21q拆下了遮光部件17的状态。遮光部件17被设置于第2透镜21q的凸缘部22f的一对爪21y把持。即，遮光部件17配置在一对爪21y之间而被定位。更详细地进行说明，遮光部件17的缘部分17o以被设置于第2透镜21q的凸缘部22f的一对爪21y夹着的状态粘接固定于凸缘部22f。此时，不仅遮光部件17的缘部分17o的背面与凸缘部22f的上表面21u抵接，而且缘部分17o的一对外缘17e被一对爪21y的内侧面21g夹着，形成于缘部分17o的一对切口17t与形成于一对爪21y的根部的突起21r嵌合。由此，遮光部件17相对于第2透镜21q的平移移动、旋转被限制，能够将遮光部件17相对于第2透镜21q定位。即，适当地设定遮光部件17在以第2透镜21q为基准的X方向、Y方向以及Z方向上的配置，适当地设定遮光部件17绕以第2透镜21q为基准的X轴、Y轴以及Z轴的旋转姿势。

遮光部件17的开口17a具有梯形或D型的轮廓。当比较开口17a的+Y侧的上边17i和开口17a的-Y侧的下边17j时，作为一个边的上边17i比作为另一个边的下边17j短。与该差对应地，在连接上边17i和下边17j的一对侧边17n形成有朝向-Y侧即附图的下方扩展的斜边17k。像这样使遮光部件17的开口17a在上侧较窄而在下侧较宽是考虑了从第2透镜21q的射出面21d射出的影像光ML的光束截面的非对称性。即，由于成像光学系统20是离轴光学系统OS，因此影像光ML的光束截面具有在横向的X方向上比在平行于YZ面且垂直于光轴部分AX1的纵向上相对较长并且在-Y侧比在+Y侧扩展的非对称性。这样，以适合于具有非对称性的影像光ML的光束截面的方式，设定遮光部件17的开口17a的形状。

如图9放大所示，从横向的X方向观察时，遮光部件17的下端部17y比第2透镜21q或投射透镜21的射出面21d的下框21v向外侧突出。这里，横向的X方向相当于与包含入射到棱镜反射镜22的入射面22a的影像光ML的光轴部分AX1和从棱镜反射镜22的射出面22c射出的影像光ML的光轴部分AX2的平面(相当于图6的第1假想平面VP1)的法线平行的方向。另外，在图示的例子中，第2透镜21q的射出面21d的下框21v成为射出面21d的下端，遮光部件17的下端部17y比射出面21d的下框21v向外侧突出。在凸缘部21f向射出面21d的外侧扩展的情况下，遮光部件17的下端部17y能够比凸缘部21f的外侧面21z的延长面向外侧突出。遮光部件17的下端部17y的突出方向处于-Y方向与+Z方向之间。这样，通过使遮光部件17的下端部17y比第2透镜21q的射出面21d的下框21v向外侧突出，能够避免从第2透镜21q的射出面21d射出的影像光ML从棱镜反射镜22的入射面22a的外侧入射到棱镜反射镜22内而成为杂散光。在遮光部件17的下端部17y未充分突出的情况下，从射出面21d射出的影像光ML有可能经由在棱镜反射镜22的入射面22a与射出面22c之间形成的台阶状的连接面22j而入射到棱镜反射镜22的内部。另外，遮光部件17的下端部17y无需遍及沿着横向的X方向的整体地比第2透镜21q的射出面21d的下框21v向外侧突出，也可以相对于下框21v的主要部位向外侧突出。

返回图7，遮光部件17不是在与从第2透镜21q或投射透镜21的射出面21d射出的影像光ML的光轴部分AX1垂直的状态下被支承，而是倾斜地被支承。即，遮光部件17相对于与从投射透镜21的射出面21d射出的影像光ML的光轴部分AX1垂直的平面Pv倾斜角度θ。这样，通过使遮光部件17相对于与光轴部分AX1垂直的平面Pv倾斜，能够使遮光部件17相对于影像光ML的姿势适当，能够使利用了遮光部件17与第2透镜21q之间的间隙的遮光部件17的配置变得合理，能够简化支承遮光部件17的构造。

图10示出遮光部件17的配置的变形例，遮光部件17相对于从第2透镜21q或投射透镜21的射出面21d射出的影像光ML的光轴部分AX1垂直地被支承。在该情况下，棱镜反射镜22的入射面22a的至少一部分也从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出。

另外，遮光部件17不限于固定于第2透镜21q，也可以固定于棱镜反射镜22。另外，在以上的说明中，在第2透镜21q上设置一对爪21y，在棱镜反射镜22上设置一对切口22w，将第2透镜21q固定于棱镜反射镜22，但也可以在棱镜反射镜22上设置一对爪状的突起并且在第2透镜21q上设置一对切口而成为承受上述一对爪状的突起的嵌合构造，在该情况下，也可以将第2透镜21q相对于棱镜反射镜22定位并固定。

遮光部件17的配置不限于棱镜反射镜22的入射面22a的至少一部分从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出，也可以是棱镜反射镜22的入射面22a的整体从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出，也可以是棱镜反射镜22的入射面22a的整体不从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出。并且，根据光学设计，也存在投射透镜21的射出面21d成为凸面的情况，在这样的情况下，投射透镜21的射出面21d的至少一部分也可以从遮光部件17朝向棱镜反射镜22的入射面22a突出。

以上说明的第1实施方式的图像显示装置200或HMD 201的光学模块100具有：第1影像元件11a；作为第1光学部件的投射透镜21，其使从第1影像元件11a入射的影像光ML从射出面21d射出；作为第2光学部件的棱镜反射镜22，其使来自投射透镜21的影像光ML从入射面22a入射；第1组合器103a，其使来自棱镜反射镜22的影像光ML朝向光瞳位置PP反射；以及遮光部件17，其被支承在棱镜反射镜22的入射面22a和投射透镜21的射出面21d中的至少一方的周围，从与入射到棱镜反射镜22的入射面22a的影像光ML的光轴AX垂直的方向观察时，棱镜反射镜22的入射面22a的至少一部分从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出。这样，棱镜反射镜(第2光学部件)22的入射面22a的至少一部分从遮光部件17朝向投射透镜(第1光学部件)21的射出面21d突出，由此能够使遮光部件17接近棱镜反射镜22，能够减少因投射透镜21与棱镜反射镜22之间的距离变长而产生的杂散光。

〔第2实施方式〕

以下，对本发明的第2实施方式的HMD或光学模块进行说明。另外，第2实施方式的HMD等是对第1实施方式的HMD等进行部分变更而得到的，对于共同部分省略说明。

图11是说明在第2实施方式的HMD 201或光学模块100中配置于投射透镜21与第2透镜21q之间的遮光部件17的形状的剖视图。在该情况下，遮光部件17具有沿着曲面CS的形状，遮光部件17的包围开口17a的缘部分17o具有弯曲的曲面形状。即，遮光部件17在从与第1假想平面VP1(参照图6)垂直的X方向观察时具有曲率，在从与第1假想平面VP1平行且与光轴部分AX1垂直的方向(近似地为Y方向)观察时也具有曲率。曲面CS可以是球面，也可以是椭圆面、圆环面等。在该情况下，从与影像光ML的光轴部分AX1垂直的X方向观察时，投射透镜21的射出面21d也从遮光部件17朝向投射透镜21的射出面21d突出。即，投射透镜21的射出面21d超过连接遮光部件17的缘部分17o的上边17i和下边17j的线段SL而向投射透镜21的射出面21d侧延伸。另外，虽然省略了图示，但投射透镜21的射出面21d超过连接遮光部件17的一对侧边的线段而向投射透镜21的射出面21d侧延伸，但也可以不超过该线段。由于成像光学系统20是离轴光学系统OS，因此，通过遮光部件17的开口17a的光束的截面非对称并且其非对称性也沿着光轴AX变化。因此，通过使遮光部件17的缘部分17o弯曲，能够进一步实现没有浪费的适当的遮光。弯曲的遮光部件17例如能够通过钣金加工而简单地制作。

〔变形例及其他〕

以上结合实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如也能够进行如下的变形。

组装于第1显示装置100a的成像光学系统20不限于图示的结构，能够设为各种结构。具体而言，上述成像光学系统20是在Y方向或纵向上具有非对称性的离轴光学系统OS，但也可以是在X方向或横向上具有非对称性的离轴光学系统。关于构成成像光学系统20的光学要素，图4所示的仅是例示，也可以进行使透镜的片数增减、追加反射镜、追加导光部件这样的变更。

在组合器103a、103b的外界侧能够安装通过限制组合器103a、103b的透过光而进行调光的调光器件。调光器件例如通过电动来调整透过率。作为调光器件，能够使用镜面液晶、电子遮光件等。调光器件也可以根据外部光照度来调整透过率。

组合器103a、103b也能够置换为具有遮光性的反射镜。在该情况下，成为不以外界像的直接观察为前提的非透视型的光学系统。

具体的方式中的第1光学模块具有：影像元件，其射出影像光；第1光学部件，其使从影像元件射出的影像光从射出面射出；第2光学部件，其使从第1光学部件射出的影像光从入射面入射，被内反射面反射，并从射出面射出；组合器，其使从第2光学部件射出的影像光朝向光瞳位置反射；以及遮光部件，其支承于第2光学部件的入射面和第1光学部件的射出面中的至少一方的光学部件，从与包含入射到第2光学部件的入射面的影像光的光轴和从第2光学部件的射出面射出的影像光的光轴的假想平面的法线平行的方向观察时，第2光学部件的入射面的一部分从遮光部件朝向第1光学部件的射出面突出。

在上述光学模块中，第2光学部件的入射面的至少一部分从遮光部件朝向第1光学部件的射出面突出，因此能够使遮光部件接近第2光学部件，能够减少因第1光学部件与第2光学部件之间的距离变长而产生的杂散光。

在具体的方面中，从与入射到第2光学部件的入射面的影像光的光轴平行的方向观察时，遮光部件配置在设置于一方的光学部件的对第1光学部件和第2光学部件进行定位的一对嵌合部件之间。

具体的方式中的第2光学模块具有：影像元件，其射出影像光；第1光学部件，其使从影像元件射出的影像光从射出面射出；第2光学部件，其使从第1光学部件射出的影像光从入射面入射，被内反射面反射，并从射出面射出；组合器，其使从第2光学部件射出的影像光朝向光瞳位置反射；以及遮光部件，其支承于第2光学部件的入射面和第1光学部件的射出面中的至少一方的光学部件，从与入射到第2光学部件的入射面的影像光的光轴平行的方向观察时，遮光部件配置在设置于一方的光学部件的对第1光学部件和第2光学部件进行定位的一对嵌合部件之间。

在上述光学模块中，遮光部件配置在对第1光学部件和第2光学部件进行定位的一对嵌合部件之间而被定位，因此能够使遮光部件接近第1光学部件或第2光学部件，能够减少因第1光学部件与第2光学部件之间的距离变长而产生的杂散光。

在具体的方面，设置于遮光部件的开口具有一对边，一边比另一边短。在该情况下，在与光轴垂直的特定方向、具体而言在与一对边垂直的方向上，即使光束截面具有非对称性，也能够进行高效的遮光。

在具体的方面，遮光部件相对于从第1光学部件的射出面射出的影像光的光轴垂直。

在具体的方面，遮光部件相对于与从第1光学部件的射出面射出的影像光的光轴垂直的状态倾斜。在该情况下，即使在与光轴垂直的特定方向上光束截面具有非对称性，通过使遮光部件产生倾斜的方向与该特定方向一致，也能够进行高效的遮光。

在具体的方面，从与包含入射到第2光学部件的入射面的影像光的光轴和从第2光学部件的射出面射出的影像光的光轴的假想平面的法线平行的方向观察时，遮光部件具有曲率。在该情况下，能够应对在与光轴垂直且相互正交的2个方向上遮光部件的沿着光轴的适当的配置不同的情况。

在具体的方面，遮光部件的厚度为20μm以上且300μm以下。

在具体的方面，从与包含入射到第2光学部件的入射面的影像光的光轴和从第2光学部件的射出面射出的影像光的光轴的平面的法线平行的方向观察时，遮光部件比第1光学部件的射出面的框向外侧突出。在该情况下，能够避免从第1光学部件的射出面射出的影像光从第2光学部件的入射面的外侧入射到第2光学部件内而成为杂散光。

具体的方式中的头部佩戴型显示装置具有上述的光学模块和使影像元件进行显示动作的控制装置。

Claims (9)

1.一种光学模块，其中，该光学模块具有：

影像元件，其射出影像光；

第1光学部件，其具有射出来自所述影像元件的所述影像光的第1射出面；

第2光学部件，其具有入射来自所述第1光学部件的影像光的入射面、射出所入射的所述影像光的第2射出面和使来自所述入射面的所述影像光朝向所述第2射出面反射的反射面；

组合器，其使来自所述第2光学部件的所述影像光朝向光瞳位置反射；以及

遮光部件，其对所述影像光的一部分进行遮挡，该遮光部件被支承在所述第2光学部件的所述入射面和所述第1光学部件的所述第1射出面中的至少一侧，

从与包含所述第1光学部件、所述第2光学部件和所述组合器的侧视截面的法线平行的方向观察时，所述第2光学部件的所述入射面的一部分从所述遮光部件朝向所述第1光学部件的所述第1射出面突出，

从与所述侧视截面的法线平行的方向观察时，所述遮光部件比所述第1光学部件的所述第1射出面向外侧突出。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，

从与入射到所述第2光学部件的所述入射面的所述影像光的光轴平行的方向观察时，所述遮光部件配置于一对嵌合部件之间，该一对嵌合部件设置于所述一侧，对所述第1光学部件和所述第2光学部件进行定位。

3.一种光学模块，其中，该光学模块具有：

影像元件，其射出影像光；

第1光学部件，其具有射出来自所述影像元件的所述影像光的第1射出面；

第2光学部件，其具有入射来自所述第1光学部件的所述影像光的入射面、射出所入射的所述影像光的第2射出面和使来自所述入射面的所述影像光朝向所述第2射出面反射的反射面；

组合器，其使来自所述第2光学部件的所述影像光朝向光瞳位置反射；以及

遮光部件，其对所述影像光的一部分进行遮挡，该遮光部件被支承在所述第2光学部件的所述入射面和所述第1光学部件的所述第1射出面中的至少一侧，

从与入射到所述第2光学部件的所述入射面的所述影像光的光轴平行的方向观察时，所述遮光部件配置于一对嵌合部件之间，该一对嵌合部件设置于所述一侧，对所述第1光学部件和所述第2光学部件进行定位，

从与包含所述第1光学部件、所述第2光学部件和所述组合器的侧视截面的法线平行的方向观察时，所述遮光部件比所述第1光学部件的所述第1射出面向外侧突出。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学模块，其中，

设置于所述遮光部件的开口具有一对边，一边比另一边短。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述遮光部件相对于从所述第1光学部件的所述第1射出面射出的所述影像光的光轴垂直。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述遮光部件相对于从所述第1光学部件的所述第1射出面射出的所述影像光的光轴倾斜。

7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学模块，其中，

从与所述侧视截面的法线平行的方向观察时，所述遮光部件具有曲率。

8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学模块，其中，

所述遮光部件的厚度为20μm以上且300μm以下。

9.一种头部佩戴型显示装置，其中，该头部佩戴型显示装置具有：

权利要求1至8中的任意一项所述的光学模块；以及

控制装置，其控制所述影像元件的显示动作。