CN114967140A - 光学模块以及头部佩戴型显示装置 - Google Patents

Abstract

提供光学模块以及头部佩戴型显示装置，防止壳体大型化。光学模块(100)具备影像元件(11a)；投射透镜(21)；棱镜反射镜(22)；楔形光学元件(28)；支承棱镜反射镜(22)和楔形光学元件(28)的镜筒(31)；第一组合器(103a)，其使从楔形光学元件(28)射出的影像光(ML)偏转；第一防尘部件(81)，其覆盖第三轴上的投射透镜(21)、棱镜反射镜(22)和镜筒(31)的两端区域、以及第二轴上的位于棱镜反射镜(22)侧的投射透镜(21)和棱镜反射镜(22)的端区域；以及第二防尘部件(82)，其设置在投射透镜(21)和镜筒(31)之间。

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备该光学模块的头部佩戴型显示装置。

背景技术

在能够观察虚像的光学模块等中，为了确保内部光学系统的防尘性和防水性，公开了用壳体覆盖收纳有显示元件、透镜等光学部件的单元，并且在露出到外部的导光部件与壳体之间设置衬垫(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-157291公报

在上述专利文献1的光学模块中，若想要使收纳有光学部件等的单元具有防尘性，则单元大型化，收纳单元的壳体大型化。此外，在收纳有光学部件等的单元不具有防尘性的情况下，需要使收纳单元的壳体具有防尘性、防水性，壳体大型化。

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备：射出影像光的影像元件；第一光学部件，其具有所述影像光入射的第一入射面和使所述影像光沿着第一方向射出的第一射出面；第二光学部件，其具有来自所述第一光学部件的所述影像光入射的第二入射面、使入射的所述影像光沿着与所述第一方向交叉的第二方向射出的第二射出面、以及使来自所述第二入射面的所述影像光朝向所述第二射出面反射的反射面；第三光学部件，其具有来自所述第二光学部件的所述影像光入射的第三入射面和射出所述影像光的第三射出面；支承部件，其支承所述第二光学部件和所述第三光学部件；组合器，其将来自所述第三光学部件的所述影像光朝向光瞳的位置反射；第一防尘部件，其覆盖与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上的所述第一光学部件的区域、所述第二光学部件的区域和所述支承部件的区域、以及所述第二方向上的所述第一光学部件的区域和所述第二光学部件的区域；以及第二防尘部件，其设置于所述第一光学部件与所述支承部件之间。

附图说明

图1是说明实施方式的HMD的佩戴状态的外观立体图。

图2表示HMD主体的立体图和卸下外装部件后的内部的立体图。

图3表示光学模块的俯视图及左侧视图。

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是说明显示像的畸变校正的图。

图6是说明棱镜反射镜及楔型光学元件相对于镜筒的固定的图。

图7是说明棱镜反射镜与投射透镜的连接的图。

图8是说明投射透镜中的透镜间的固定的图。

图9是说明用第一防尘部件等覆盖光学块的状态等的立体图。

图10是对安装了罩部件的状态进行说明的侧剖视图。

图11A是说明第一防尘部件的截面构造的概念图。

图11B是说明第一防尘部件的截面构造的变形例的概念图。

图12是说明第二防尘部件的图。

图13是说明第一防尘部件的杂散光防止的图。

图14是说明追加了散热片的变形例的图。

图15是说明对影像元件进行散热的变形例的图。

标号说明

8：防尘带；8a：基材；8b：粘接层；8d：隔热层；8e：导热层；9：粘接材料；11a：影像元件；21：投射透镜；21a、21c：入射面；21b、21d：射出面；22：棱镜反射镜；22a：入射面；22b：反射面；22c：射出面；23：透视反射镜；23a：反射面；23c：反射镜膜；28：楔型光学元件；28a：入射面；28b：射出面；30：光学块主体；31：镜筒；61a、61b：框架；80：防尘罩；81a：侧面部；81b：上表面部；81f：下端；88：散热片；89：粘接层；92：控制装置；100：光学模块；100a、100b：显示装置；102：显示驱动部；103a、103b：组合器；200：图像显示装置；AX：光轴；AX1、AX2、AX3：光轴部分；ER：射出光瞳；EY：眼睛；G11、G12、G21、G22：间隙；ML：影像光；OA：光学开口；OB：光学块；OP：开口部；OS：离轴光学系统；P1、P2、P3：光路；PP：光瞳位置；Ra：两端区域；Rb：端区域；Rf：侧方区域；US：佩戴者。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的光学模块以及头部佩戴型显示装置的一个实施方式进行说明。

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式显示器(以下，也称为HMD)201，使佩戴该头戴式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是正交坐标系，+X方向与佩戴了图像显示装置200或者HMD201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排列的横向正交的上方向，+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具备以覆盖佩戴者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。在功能上观察的情况下，主体200a包括右眼用的第一显示装置100a和左眼用的第二显示装置100b。第一显示装置100a由配置于上部的第一显示驱动部102a和以眼镜镜片状覆盖眼前的第一组合器103a构成。第二显示装置100b也同样，由配置在上部的第二显示驱动部102b和以眼镜镜片状覆盖眼前的第二组合器103b构成。

参照图2，对图1所示的图像显示装置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。第一组合器103a和第二组合器103b具有将向前方即+Z方向突起的半球的上部切除的形状，配置为从下外装部件107b向下方突出。

右眼用的第一显示装置100a具备第一影像元件11a、第一光学系统12a、第一框架61a和第一组合器103a。第一光学系统12a被作为内罩的第一罩部件71a覆盖，第一影像元件11a以堵塞第一罩部件71a的开口71o的方式配置，经由矩形框状的第一支架72a固定于第一光学系统12a。

左眼用的第二显示装置100b具备第二影像元件11b、第二光学系统12b、第二框架61b和第二组合器103b。第二光学系统12b被作为内罩的第二罩部件71b覆盖，第二影像元件11b以堵塞第二罩部件71b的开口71o的方式配置，经由矩形框状的第二支架72b固定于第二光学系统12b。左眼用的第二显示装置100b具有与右眼用的第一显示装置100a相同的构造以及功能。即，第二影像元件11b与第一影像元件11a相同，第二光学系统12b与第一光学系统12a相同，第二组合器103b与第一组合器103a相同。

第一显示装置100a和第二显示装置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，维持第一显示装置100a与第二显示装置100b相对定位的状态。具体而言，第一框架61a在靠近第二框架61b的内侧端部与棒状的固定部件78的一端连接，第二框架61b在靠近第一框架61a的内侧端部与棒状的固定部件78的另一端连接。第一框架61a和第二框架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一框架61a和第二框架61b，能够提高影像元件11a等产生的热的散热效率。另外，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一框架61a、第二框架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包括控制第一影像元件11a以及第二影像元件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例如具备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包括对第一显示装置100a的动作和第二显示装置100b的动作进行总括的主基板。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、使第一显示装置100a的显示动作与第二显示装置100b的显示动作协作的统合功能。

图3示出了构成第一显示装置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。第一光学系统12a通过粘接等固定于板状的第一框架61a的上表面，第一组合器103a在其上端通过粘接等固定于第一框架61a的周围中的前半部分。在第一光学系统12a中，作为第二光学部件的棱镜反射镜22和作为第三光学部件的楔形光学元件28在上下即±Y方向上分离，经由作为支承部件的镜筒31以相互定位的状态被固定，在棱镜反射镜22处在后方即-Z侧支承并固定有作为第一光学部件的投射透镜21。第一光学系统12a是在第一光学部件～第三光学部件被定位的状态下一体化的部件，以下也称为光学块OB。光学块OB中的投射透镜21在棱镜反射镜22的相反侧的端部经由第一支架72a支承第一影像元件11a。另外，楔形光学元件28固定于第一框架61a。即，光学块OB经由楔型光学元件28固定于第一框架61a。

图4是说明第一显示装置100a的光学构造的侧方剖视图。第一显示装置100a具备第一影像元件11a和成像光学系统20。成像光学系统20具备投射透镜21、棱镜反射镜22、楔形光学元件28以及透视反射镜23。在成像光学系统20中，投射透镜21、棱镜反射镜22和楔形光学元件28对应于图3等所示的第一光学系统12a，透视反射镜23对应于第一组合器103a。第一影像元件11a的主体、投射透镜21以及棱镜反射镜22被收纳在由第一罩部件71a和第一框架61a夹着的空间SP1内。楔形光学元件28以嵌入形成于第一框架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。

第一影像元件11a是自发光型的显示设备。第一影像元件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。第一影像元件11a沿着相对于XY面绕X轴稍微旋转而倾斜的xy面配置。第一影像元件11a被电路基板91驱动而进行显示动作。第一影像元件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设备。第一影像元件11a不限于自发光型的图像光生成装置，也可以由LCD及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。作为第一影像元件11a，也能够代替LCD而使用LCOS(Liquid crystal on silicon，LCoS为注册商标)、数字微镜器件等。

投射透镜21包括第一透镜21p和第二透镜21q。第一透镜21p具有入射面21a和射出面21b，第二透镜21q具有入射面21c和射出面21d。其中，入射面21a和射出面21d相当于作为第一光学部件的投射透镜21的第一入射面和第一射出面。投射透镜21接受从第一影像元件11a射出的影像光ML，使其入射到棱镜反射镜22。投射透镜21将从第一影像元件11a射出的影像光ML聚光成接近平行光束的状态。棱镜反射镜22具有入射面22a、反射面22b和射出面22c。其中，入射面22a和射出面22c相当于作为第二光学部件的棱镜反射镜22的第二入射面和第二射出面。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)倾斜的方向折回的方式射出。楔形光学元件28具有入射面28a和射出面28b，使从棱镜反射镜22射出并朝向透视反射镜23的影像光ML通过。入射面28a和射出面28b相当于作为第三光学部件的楔型光学元件28的第三入射面和第三射出面。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，光路整体折弯。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。在以与YZ面平行的横截面观察的情况下，光轴AX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到反射面22b的光路P1、从反射面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，构成第一显示装置100a的光学要素21、22、28、23在纵向上改变高度位置地排列，能够防止第一显示装置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。从反射面22b到透视反射镜23的光路P2朝向前方向斜下方延伸。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。由此，从投射透镜21向与光轴部分AX1平行的第一方向射出的影像光ML入射到棱镜反射镜22的入射面(第二入射面)22a，棱镜反射镜22的反射面22b将入射的影像光ML向与光轴部分AX2平行且与上述第一方向交叉的第二方向反射。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，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°左右而延伸。这是因为人的视线在比水平方向向下侧倾斜约10°的稍微的俯视状态下稳定。

构成投射透镜(第一光学部件)21的第一透镜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的第二透镜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。第一透镜21p和第二透镜21q例如由树脂形成。第一透镜21p的入射面21a和射出面21b例如是自由曲面，但也可以是非球面。第二透镜21q的入射面21c和射出面21d例如是自由曲面，但也可以是非球面。通过将入射面21a、21c或射出面21b、21d设为自由曲面，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及射出面21b、21d上形成有防反射膜。

棱镜反射镜(第二光学部件)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通过反射面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，与仅反射面的情况或将它们设为平面的情况相比，有助于分辨率提高。构成棱镜反射镜22的光学面即入射面22a、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。棱镜反射镜22的主体的折射率被设定为也参考影像光ML的反射角而实现内表面的全反射的值。棱镜反射镜22的光学面、即入射面22a、反射面22b和射出面22c例如是自由曲面，但也可以是非球面。在棱镜反射镜22中，通过将光学面22a、22b、22c设为自由曲面，容易提高偏心系统的光学性能。关于反射面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整体上被缩小的开口光瞳的位置，但由于成像光学系统20是离轴光学系统OS，所以在纵向的Y方向或横向的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中的任意一方的周围。

楔形光学元件28配置在棱镜反射镜22与透视反射镜23之间，具有透光性。楔形光学元件28具有改善成像状态的作用。楔形光学元件28的入射面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。楔形光学元件28例如由树脂形成。在入射面28a形成有防反射膜。楔形光学元件28的射出面28b为平面，形成有防反射膜。楔形光学元件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等引起的畸变像差的产生。楔形光学元件28的折射率与棱镜反射镜22的折射率不同。由此，能够在楔形光学元件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是作为凹的表面镜发挥功能的弯曲的板状的光学部件，将来自棱镜镜22的影像光ML朝向光瞳位置PP反射。即，构成第一组合器103a的透视反射镜23使从作为第三光学部件的楔形光学元件28射出的影像光ML偏转而形成射出光瞳ER。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镜。透视反射镜23是具有会聚功能的准直器，将从显示面11d的各点射出的影像光ML的主光线且在第一光学系统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，但也可以是非球面。通过将透视反射镜23的反射面23a设为自由曲面，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，因此能够进行外界的透视，能够使虚像与外界像重叠。此时，若支承镜膜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、容易通过透视观察外界像的观点出发，反射镜膜23c相对于影像光ML、外界光OL的反射率在设想的影像光ML的入射角范围中设为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43相同的材料形成，具有与支承板43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，来自第一影像元件11a的影像光ML入射到投射透镜21并以大致准直的状态射出。通过了投射透镜21的影像光ML入射到棱镜反射镜22，折射地通过入射面22a，被反射面22b以接近100％的高反射率反射，被射出面22c折射。来自棱镜反射镜22的影像光ML经由楔形光学元件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入射到配置佩戴者US的眼睛EY或者瞳孔的光瞳位置PP。通过了透视反射镜23或其周围的支承板43的外界光OL也入射到光瞳位置PP。即，佩戴了第一显示装置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，使形成于第一影像元件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，因此在光学系统自身中不容易完全去除梯形畸变那样的失真。因此，通过使显示于第一影像元件11a的图像具有抵消由投射透镜21、棱镜反射镜22、楔形光学元件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，第一影像元件11a对由投射透镜21、棱镜反射镜22、楔形光学元件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，并且作为包括第一影像元件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，能够实现第一显示装置100a的小型化，并且容易确保第一显示装置100a的光学性能。

以下，对构成图3所示的第一光学系统12a或光学块OB的棱镜反射镜22、镜筒31、投射透镜21等要素间的定位及固定进行说明。

参照图6，对棱镜反射镜22相对于镜筒31的固定进行说明。在图6中，区域CR1是通过镜筒31而一体化的光学块主体30的侧视图，区域CR2是光学块主体30的俯视图，区域CR3是光学块主体30的仰视图，区域CR4是镜筒31的立体图，区域CR5是镜筒31的俯视图。棱镜反射镜22直接固定于镜筒31。此时，棱镜反射镜22相对于镜筒31以使用嵌合和偏置而定位的状态被固定。具体而言，形成于镜筒31的上端部31a且平行地延伸的一对凸板31y和以架设于一对凸板31y之间的方式延伸的限制板31z在使凸缘部22f倾斜的状态下进行支承，并且在一对凸板31y之间夹持凸缘部22f的台阶侧面22g。此时，一对凸板31y的内侧面51a与凸缘部22f的台阶侧面22g嵌合，并且，进行使设置于一对凸板31y上的基准面52a与凸缘部22f的下表面22h抵接的偏置，进行使设置于限制板31z的内侧的基准面52c与凸缘部22f的侧面22j抵接的偏置。由此，棱镜反射镜22相对于镜筒31关于3轴方向(X、Y以及Z方向)的配置和3轴的旋转姿势被定位。棱镜反射镜22与镜筒31的接合能够使用光固化型的粘接材料、超声波熔接法等。

关于以上说明的光学块主体30，如图4所示，棱镜反射镜22的入射面22a侧的光轴部分AX1与棱镜反射镜22的射出面22c侧的光轴部分AX2所成的角度为60°以下，两者的角度差不太大，因此成为投射透镜21接近镜筒31的构造。因此，如图6所示，在镜筒(支承部件)31上，为了避免与投射透镜21的干涉，在棱镜反射镜22的入射面22a侧设置有开口部OP。

对楔形光学元件28相对于镜筒31的固定进行说明。楔形光学元件28直接固定于镜筒31。此时，楔形光学元件28相对于镜筒31以利用嵌合而定位的状态被固定。具体而言，沿着镜筒31的下端部31b的4边的内周形成的横限制面53a与楔型光学元件28的凸缘部28f的台阶侧面28g对置，沿着镜筒31的下端部31b的4边的下端形成的下限制面53b与楔型光学元件28的凸缘部28f的台阶上表面28h对置。由此，楔形光学元件28相对于镜筒31关于3轴方向的配置和3轴的旋转姿势被定位。楔形光学元件28与镜筒31的接合能够使用光固化型的粘接材料、超声波熔接法等。

参照图7，对投射透镜21相对于棱镜反射镜22的固定进行说明。在图7中，区域DR1是在镜筒31组装有棱镜反射镜22等的光学块主体30的立体图，区域DR2是投射透镜21等的立体图。投射透镜21直接固定于光学块主体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。具体而言，形成于构成投射透镜21的第二透镜21q的凸缘部21f的一对爪21y以夹着形成于棱镜反射镜22的凸缘部22f的一对凹部22s的方式插入一对凹部22s。由此，第二透镜21q的一对爪21y把持棱镜反射镜22的凸缘部22f。此时，一对爪21y与一对凹部22s嵌合，并且进行使设置于一对爪21y的基准面与设置于一对凹部22s的基准面抵接的偏置。由此，第二透镜21q即投射透镜21相对于棱镜反射镜22关于3轴方向的配置和3轴的旋转姿势被定位。第二透镜21q与棱镜反射镜22的接合能够使用光固化型的粘接材料、超声波熔接法等。

参照图8，对投射透镜21中的第一透镜21p与第二透镜21q的固定进行说明。在图8中，区域ER1是表示从第一光学系统12a取下第一透镜21p的状态的立体图，区域ER2是表示第一透镜21p等的立体图，区域FR3是表示将第一支架72a分离的状态的第一光学系统12a的立体图。第一透镜21p相对于第二透镜21q直接固定。此时，第一透镜21p相对于第二透镜21q以利用嵌合而定位的状态被固定。具体而言，形成于第一透镜21p的凸缘部21n的多个爪21t以夹着形成于第二透镜21q的凸缘部21f的一对凹部21s的方式插入一对凹部21s。由此，第一透镜21p的多个爪21t把持第二透镜21q的凸缘部21f。此时，多个爪21t与一对凹部21s嵌合。由此，相对于第二透镜21q，第一透镜21p关于3轴方向的配置和3轴的旋转姿势被定位。第一透镜21p与第二透镜21q的接合能够使用光固化型的粘接材料、超声波熔接法等。

对第一支架72a相对于投射透镜21的第一透镜21p的固定进行说明。此外，第一支架72a保持第一影像元件11a，在本说明书中，将第一影像元件11a与第一支架72a组合而成的结构也称为影像元件。第一支架72a直接固定于第一透镜21p。此时，第一支架72a相对于第一透镜21p以利用嵌合而被定位的状态被固定。具体而言，形成于第一支架72a的多个爪72t以夹着形成于第一透镜21p的凸缘部21n的一对凹部21r的方式插入一对凹部21r。由此，第一支架72a的多个爪72t把持第一透镜21p的凸缘部21n。此时，多个爪72t与一对凹部21r嵌合。由此，相对于第一透镜21p，第一支架72a关于3轴方向的配置和3轴的旋转姿势被定位。第一支架72a与第一透镜21p的接合能够使用光固化型的粘接材料、超声波熔接法等。

如以上那样，构成光学块OB的棱镜反射镜22、投射透镜21通过彼此相互定位的构造而直接固定，不存在镜框、壳体这样的共用的部件。因此，能够在使光学块OB小型化的同时提高必要的部件间(具体而言，棱镜反射镜22与投射透镜21之间)的组装精度。另一方面，如图3所示，通过相互定位的构造，在棱镜反射镜22与第二透镜21q之间，在横向的X方向上的一对侧面形成有间隙G11，在纵向的Y方向的一对侧面形成有间隙G12。另外，在第二透镜21q与第一透镜21p之间，在横向的X方向上的一对侧面形成有间隙G21，在纵向的Y方向的一对侧面形成有间隙G22。在第一透镜21p与第一支架72a之间，在横向的X方向上的一对侧面形成有间隙G31，在纵向的Y方向的一对侧面形成有间隙G32。此外，第一透镜21p与第一支架72a的间隙G31、G32最终成为第一透镜21p与第一影像元件11a的间隙。

参照图9和图10，光学块OB的周围被防尘罩80覆盖，防尘罩80的周围被第一罩部件71a覆盖。防尘罩80包括第一防尘部件81和第三防尘部件83。

第一防尘部件81具有一对侧面部81a和上表面部81b。侧面部81a覆盖与X轴平行的第三轴上的投射透镜21、棱镜反射镜22和镜筒31的两端区域Ra(具体而言，参照图3)，上表面部81b覆盖位于与Z轴平行的第二轴上的上侧的投射透镜21和棱镜反射镜22的端区域Rb(具体而言，参照图3)。在此，在将投射透镜21与棱镜反射镜22排列的轴设为第一轴，将棱镜反射镜22与楔形光学元件28排列的轴设为第二轴时，与两端区域Ra相关的第三轴是与第一轴以及第二轴正交的轴，与如上述那样横向延伸的X轴平行。参照图4，投射透镜21和棱镜反射镜22排列的第一轴相当于光路P1或光轴部分AX1，参照图4，棱镜反射镜22和楔形光学元件28排列的第二轴相当于光路P2或光轴部分AX2。另外，位于第二轴的上侧是指不是位于第二轴即光轴部分AX2中的下方的楔形光学元件28侧，而是位于上方的棱镜反射镜22侧。

第一防尘部件81覆盖棱镜反射镜22与第二透镜21q之间的间隙G11、G12(参照图3)，并覆盖第二透镜21q与第一透镜21p之间的间隙G21、G22(参照图3)。第一防尘部件81延伸至第一框架61a的附近，第一防尘部件81的下端81f与第一框架61a的上表面抵接。其结果是，第一防尘部件81覆盖形成于镜筒31的开口部OP。

第一防尘部件81是片状且具有弹性的防尘带8，以与投射透镜21、棱镜反射镜22以及镜筒31的侧面形状一致的方式变形。通过将第一防尘部件81设为防尘带8，能够使防尘罩80轻量化。

如图11A所示，作为第一防尘部件81的防尘带8是在具有光吸收性的基材8a的内侧形成有粘接层8b。防尘带8的基材8a例如由铝玻璃带、铝带等形成，不仅具有光吸收性，还具有隔热性。此外，粘接层8b不需要遍及基材8a的整体而形成，例如能够局部地形成于第一防尘部件81的外周部、内侧的适当部位。另外，不需要使基材8a在整体上具有光吸收性，只要在覆盖间隙G11、G12、G21、G22等的部位具有光吸收性即可。

如图11B所示，变形例的防尘带8在基材8a的表面形成有隔热层8d，在隔热层8d的表面形成有导热层8e。隔热层8d是含有空气的纤维状的层，例如由玻璃纤维、碳纤维等材料形成，涂布、蒸镀或粘贴在基材8a上。导热层8e是热传导性高的层，例如由铝、银等材料形成。

返回图9，第三防尘部件83覆盖相当于从第一支架72a到第一透镜21p的上表面的端区域和相当于一对侧面的两端区域。第三防尘部件83覆盖第一支架72a与第一透镜21p之间，其结果是覆盖第一影像元件11a与第一透镜21p之间。即，第三防尘部件83覆盖第一支架72a与第一透镜21p的间隙G31、G32(参照图3)。第三防尘部件83可以与第一防尘部件81分体，也可以与第一防尘部件81一体。

如图12所示，在作为第一光学部件的投射透镜21与作为支承部件的镜筒31之间，设置有构成防尘罩80的一部分的第二防尘部件82。在投射透镜21的下端与镜筒31的下端部31b之间形成有间隙G4(参照图3)。该间隙G4即使通过第一防尘部件81覆盖光学块OB的周围也保持开放的状态，因此通过第二防尘部件82覆盖该间隙G4。通过第一防尘部件81和第二防尘部件82，光学块OB内被大致密封，实现光学块OB的防尘。另外，如果将第一防尘部件81的一部分81g卷入投射透镜21的下端与镜筒31的下端部31b之间，则防尘效果进一步提高。

第二防尘部件82由粘接层9形成。以连接投射透镜21的下端和镜筒31的下端部31b的方式供给粘性高的填充用树脂来填充间隙G4的表侧，之后利用热或光使填充用树脂固化，由此得到由粘接层9构成的第二防尘部件82。第二防尘部件82或粘接层9在粘接后即固化后也具有弹性，能够变形。粘接层9不限于片状，也可以是具有厚度的块状。另外，第二防尘部件82或粘接层9能够置换为与第一防尘部件81的防尘带8相当的部件。

参照图13，对光学块OB的侧方的开放区域中的第一防尘部件81的功能进行说明。光学块OB的开口部OP的侧方区域Rf开放，第一防尘部件81堵塞该侧方区域Rf。在侧方区域Rf配置有第一防尘部件81，来自棱镜反射镜22的影像光ML有可能入射到第一防尘部件81的内表面。第一防尘部件81具有光吸收性，能够防止或减少反射，因此能够对光学块OB内的光学要素实现防尘并抑制杂散光的产生。以上，对防止开口部OP的周边的杂散光进行了说明，但例如在构成投射透镜21的透镜间存在开口而有可能产生杂散光的情况下，也能够通过第一防尘部件81抑制杂散光的产生。

图14是说明变形例的光学模块100的侧方局部剖视图。在该情况下，使散热片88从固定于第一支架72a的第一影像元件11a的上端延伸并粘贴于第一罩部件71a的上表面。散热片88具有将从第一影像元件11a产生的热释放到第一罩部件71a的外侧的作用。在此，配置于第一罩部件71a的内侧并覆盖光学块OB的防尘罩80是也具有隔热效果的防尘带8，防止防尘罩80内的光学块OB因来自第一罩部件71a的热传导、辐射热而变暖，防止光学性能因温度漂移的影响而劣化。

图15是说明变形例的光学模块100的图。在该情况下，在固定于第一支架72a的第一影像元件11a的下端与第一框架61a之间形成具有导热性的粘接层89，填充形成于它们之间的间隙。在第一框架61a处在与第一影像元件11a的下端对置的部位形成有槽61g。以填充该槽61g的方式填充粘接材料，供给粘接材料直至与第一影像元件11a的下端接触。然后，通过使粘接材料固化而形成粘接层89。粘接层89在固化后也维持为具有弹性的状态。粘接层89是混入了碳等光吸收性材料的层，例如是UV粘接层、热固化粘接剂等。

以上说明的实施方式的HMD 201或光学模块100具备：影像元件11a，其射出影像光ML；投射透镜21，其具有供影像光ML入射的第一入射面21a以及射出影像光ML的第一射出面21d；棱镜反射镜22，其具有供从投射透镜21向第一方向射出的影像光ML入射的第二入射面22a、将入射的影像光ML向与第一方向交叉的第二方向反射的反射面22b、以及射出由反射面22b反射的影像光ML的第二射出面22c；楔形光学元件28，其具有供从棱镜反射镜22射出的影像光ML入射的第三入射面38a以及射出影像光ML的第三射出面28b；镜筒31，其支承棱镜反射镜22和楔形光学元件28；第一组合器103a，其使从楔形光学元件28射出的影像光ML偏转而形成射出光瞳；第一防尘部件81，其覆盖第三轴上的投射透镜21、棱镜反射镜22和镜筒31的两端区域以及第二轴上的位于棱镜反射镜22侧的投射透镜21和棱镜反射镜22的端区域；以及第二防尘部件82，其设置于投射透镜21和镜筒31之间。。

在上述光学模块中，第一防尘部件81覆盖第三轴上的投射透镜21、棱镜反射镜22和镜筒31的两端区域、以及第二轴上的位于棱镜反射镜22侧的投射透镜21和棱镜反射镜22的端区域，第二防尘部件82设置在投射透镜21与镜筒31之间，因此能够不设置壳体地覆盖投射透镜21、棱镜反射镜22而实现防尘，能够使包含投射透镜21、棱镜反射镜22等的光学块OB小型化。

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。

组装于第一显示装置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，能够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的透射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射率。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射率。

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。

具体的方式中的光学模块具有：影像元件，其射出影像光；第一光学部件，其具有影像光入射的第一入射面和射出影像光的第一射出面；第二光学部件，其具有从第一光学部件向第一方向射出的影像光入射的第二入射面、将入射的影像光向与第一方向交叉的第二方向反射的反射面和将由反射面反射的影像光射出的第二射出面；第三光学部件，其具有从第二光学部件射出的影像光入射的第三入射面和射出影像光的第三射出面；支承部件，其支承第二光学部件和第三光学部件；组合器，其使从第三光学部件射出的影像光偏转而形成射出光瞳；第一防尘部件，在设第一光学部件和第二光学部件排列的轴为第一轴、第二光学部件和第三光学部件排列的轴为第二轴时，覆盖与第一轴以及第二轴正交的第三轴上的第一光学部件、第二光学部件和支承部件的两端区域、第二轴上的第一光学部件和第二光学部件的端区域；以及第一防尘部件，其设置在第一光学部件和支承部件之间。

在上述光学模块中，第一防尘部件覆盖第三轴上的第一光学部件、第二光学部件和支承部件的两端区域、以及第二轴上的位于第二光学部件侧的第一光学部件和第二光学部件的端区域，第二防尘部件设置在第一光学部件与支承部件之间，因此能够不设置壳体而覆盖第一光学部件、第二光学部件来实现防尘，能够使包含第一光学部件、第二光学部件等的光学块小型化。

在具体的方面，第一防尘部件是防尘带。在该情况下，能够使第一防尘部件轻量化，能够使防尘构造轻量化。

在具体的方面，第一防尘部件具有隔热性。在该情况下，能够抑制热流入第一防尘部件的内侧，能够使包含第一光学部件、第二光学部件等的光学块的光学特性稳定。

在具体的方面，第二防尘部件是粘接层或防尘带。在该情况下，能够使第二防尘部件轻量化。特别是，在使第二防尘部件为粘接层的情况下，容易对狭窄的错综复杂的部位实施防尘处理。

在具体的方面，支承部件配置在第二光学部件与第三光学部件之间，在第一光学部件侧具有开口部，第一防尘部件具有光吸收性，覆盖开口部。在该情况下，防尘带也作为遮光体发挥功能，能够抑制杂散光的产生。

在具体的方面，还具备对支承部件进行支承的框架，第一防尘部件延伸至框架。在该情况下，能够设为在第一防尘部件与框架之间收纳光学块那样的构造。

在具体的方面，从与第三轴平行的方向观察，在影像元件与框架之间填充有具有导热性的粘接层。在该情况下，能够堵塞影像元件与框架的间隙而进行防尘并且形成从影像元件向框架的热流，能够使影像元件的散热高效化。

在具体的方面，还具备覆盖第一防尘部件的罩部件。罩部件具有在不与光学块干涉的情况下保护光学块免受热或机械冲击的作用。

在具体的方面，在第一光学部件与第二光学部件之间形成有间隙，第一防尘部件覆盖第一光学部件、第二光学部件和间隙。

在具体的方面，还具备覆盖影像元件与第一光学部件之间的第三防尘部件。由此，在光学块与影像元件之间实现防尘，光学块的防尘变得可靠。

具体的方式中的头部佩戴型显示装置具备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 (11)

1.一种光学模块，其具备：

射出影像光的影像元件；

第一光学部件，其具有供所述影像光入射的第一入射面和使所述影像光沿着第一方向射出的第一射出面；

第二光学部件，其具有供来自所述第一光学部件的所述影像光入射的第二入射面、使入射的所述影像光沿着与所述第一方向交叉的第二方向射出的第二射出面、以及使来自所述第二入射面的所述影像光朝向所述第二射出面反射的反射面；

第三光学部件，其具有供来自所述第二光学部件的所述影像光入射的第三入射面和射出所述影像光的第三射出面；

支承部件，其支承所述第二光学部件和所述第三光学部件；

组合器，其将来自所述第三光学部件的所述影像光朝向光瞳的位置反射；

第一防尘部件，其覆盖与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上的所述第一光学部件的区域、所述第二光学部件的区域和所述支承部件的区域、以及所述第二方向上的所述第一光学部件的区域和所述第二光学部件的区域；以及

第二防尘部件，其设置于所述第一光学部件与所述支承部件之间。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，

所述第一防尘部件是防尘带。

3.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

所述第一防尘部件具有隔热性。

4.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

所述第二防尘部件是粘接层或防尘带。

5.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

所述支承部件配置在所述第二光学部件与所述第三光学部件之间，在所述第一光学部件侧具有开口部，

所述第一防尘部件具有光吸收性，覆盖所述开口部。

6.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

所述光学模块具备支承所述支承部件的框架，

所述第一防尘部件延伸至所述框架。

7.根据权利要求6所述的光学模块，其中，

从所述第三方向观察，在所述影像元件与所述框架之间填充有具有导热性的粘接层。

8.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

所述光学模块具备覆盖所述第一防尘部件的罩部件。

9.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

在所述第一光学部件与所述第二光学部件之间形成有间隙，

所述第一防尘部件覆盖所述第一光学部件、所述第二光学部件以及所述间隙。

10.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，

所述光学模块还具备覆盖所述影像元件与所述第一光学部件之间的第三防尘部件。

11.一种头部佩戴型显示装置，其具备：

权利要求1至10中的任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。

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