CN117471693A - 图像显示装置以及光学单元 - Google Patents

Abstract

图像显示装置以及光学单元。保护合成器的前级的光学元件。图像显示装置(100)具备：影像元件(11a)；配置在第1影像元件(11a)的光出射侧的第1光学部件(2a)；具有配置在第1光学部件(2a)的光出射侧的入射面(22a)、使光轴(AX)弯折的反射面(22b)和凹面的出射面(22c)的第2光学部件(2b)以及收纳第1光学部件(2a)并保持第2光学部件(2b)的筒(41)，第2光学部件(2b)的出射面(22c)在筒(41)的开口(41o)处露出，出射面(22c)的外缘(22cp)被开口(41o)的缘部(44)包围。

Description

图像显示装置以及光学单元

技术领域

本发明涉及能够观察虚像的图像显示装置以及光学单元。

背景技术

作为图像显示装置，存在这样的图像显示装置：其具有显示影像的显示元件、将来自显示元件的影像光引导至光瞳并且透过光瞳也能够看到外界的目镜棱镜以及内置并保持显示元件和目镜棱镜的一部分的壳体，设置有与目镜棱镜的周围以及壳体接触的垫片。

专利文献1：日本特开2009-157291号公报

在上述现有技术文献的装置中，使影像光入射到目镜棱镜的端部，但在使影像光入射到能够观察外界的合成器的单面的类型的图像显示装置中，使从合成器的前级的光学元件到合成器的单面的光路露出，需要保护该光学元件。

发明内容

本发明的一个方面的图像显示装置具备：影像元件；第1光学部件，其配置于影像元件的光出射侧；第2光学部件，其具有配置在第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及筒，其收纳第1光学部件并保持第2光学部件，第2光学部件的出射面在筒的开口处露出，出射面的外缘被开口的缘部包围。

附图说明

图1是说明实施方式的图像显示装置的安装状态的外观立体图。

图2是说明单侧的显示装置的内部结构的侧剖视图。

图3是具体说明显示部的光学结构的侧剖视图。

图4是说明显示部的支承结构的立体图。

图5是说明显示部的外形的立体图。

图6是筒以及由其保持的光学部件的侧剖视图。

图7是示出除去筒罩后的剩余部分的后视图等。

图8是示出说明防护件及棱镜反射镜的配置关系的立体图等。

图9是说明合成器相对于筒的固定的主视图和俯视图。

图10是说明单侧的显示装置的正面截面结构的示意图。

标号说明

2a第1光学部件；2b第2光学部件；11a、11b影像元件；12a、12b投射光学系统；20a、20b显示部；21投射透镜；21o第1透镜；21p第2透镜；21q第3透镜；22棱镜反射镜；22a入射面；22b反射面；22c出射面；22cp外缘；22s侧面；22t突起；23透视反射镜；23a透射性反射膜；23c反射面；26光圈板部件；28a、28b、28c支承面；41筒；41a筒主体；41c侧板部件；41d底板部件；41e前板部件；41f、41g突起部；41o开口；41s带状部分；41u筒罩；41x顶板；42p上端；42q外缘；43a防护件；44缘部；45a、45b、45c、45d引导凸部；48a、48b、48c载置面；50支承装置；50c接头；52a、52b框架；61支承板；71罩；80a、80b电路部件；88显示控制装置；90用户终端；100、100A、100B显示装置；100C支承装置；102a、102b显示驱动部；103a、103b合成器；300光学单元；AM粘接部件；AX光轴；AX1-AX3光轴部分；EP出射光瞳；EY眼；GA间隙；IM中间像；IS收纳空间；ML图像光；OL外界光；OS离轴光学系统；P1-P3光路部分；SS离轴面；US佩戴者。

具体实施方式

以下，参照图1、2等说明本发明的图像显示装置的一个实施方式。

图1是示出头戴式显示器(以下也称为HMD。)200的佩戴状态的图，HMD200使佩戴它的观察者或佩戴者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方向对应于佩戴了HMD200或图像显示装置100的观察者或佩戴者US的双眼EY排列的横向，+Y方向相当于与佩戴者US的双眼EY排列的横向正交的上方向，+Z方向相当于佩戴者US的前方向或正面方向。±Y方向与铅垂轴或铅垂方向平行。

HMD200具备右眼用的第1显示装置100A、左眼用的第2显示装置100B、支承显示装置100A、100B的镜腿状的一对支承装置100C以及作为信息终端的用户终端90。第1显示装置100A单独作为图像显示装置发挥功能，由配置在上部的第1显示驱动部102a和以眼镜镜片状覆盖眼前的第1合成器103a构成。第2显示装置100B也同样，单独作为图像显示装置发挥功能，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合成器103b构成。支承装置100C是佩戴于佩戴者US的头部的佩戴部件，经由在外观上一体化的显示驱动部102a、102b支承一对合成器103a、103b的上端侧。第1显示装置100A和第2显示装置100B在光学上相同或左右反转，关于第2显示装置100B，省略详细的说明。

图2是说明第1显示装置100A的内部构造的侧剖视图。第1显示装置100A具备第1影像元件11a、第1显示部20a和第1电路部件80a。第1影像元件11a是图像光生成装置，也称为显示元件。第1显示部20a是形成虚像的成像光学系统，以一体化的状态具有投射透镜21、棱镜反射镜22和透视反射镜23。第1显示部20a中的投射透镜21和棱镜反射镜22作为来自第1影像元件11a的图像光ML入射的第1投射光学系统12a发挥功能，透视反射镜23作为将从上述第1投射光学系统12a射出的图像光ML朝向光瞳位置PP或眼EY部分反射的部分透射反射镜123发挥功能。第1显示部20a以一体化的状态具有第1投射光学系统12a和第1合成器103a。构成第1投射光学系统12a的投射透镜21相当于配置在第1影像元件11a的光出射侧的第1光学部件2a，棱镜反射镜22相当于配置在作为投射透镜21的第1光学部件2a的光出射侧的第2光学部件2b。并且，第1影像元件11a、投射透镜21和棱镜反射镜22对应于图1所示的第1显示驱动部102a的一部分，透视反射镜23配置在第2光学部件2b的光出射侧，对应于图1所示的第1合成器103a。构成第1投射光学系统12a的投射透镜21以及棱镜反射镜22与第1影像元件11a一起以相互对准的状态固定在容器状的筒41内。

支承构成第1投射光学系统12a的光学部件2a、2b的筒41被第1框架52a支承，配置在第1框架52a的下侧。第1框架52a被罩71覆盖，筒41也被罩71整体地覆盖。第1框架52a由金属材料形成。筒41和罩71由遮光性的树脂材料形成，在筒41的开口41o使棱镜反射镜22的一面露出。筒41的上部中的例如筒罩41u以与第1框架52a嵌合的方式抵接，筒41以悬吊的状态固定于第1框架52a。结果，第1显示部20a经由筒41以悬吊的状态固定于第1框架52a。第1框架52a在上侧具有用于配置第1电路部件80a的凹部RE。

在第1显示装置100A中，第1影像元件11a是自发光型的图像光生成装置。第1影像元件11a将图像光ML射出到第1投射光学系统12a。筒41将构成第1投射光学系统12a的光学元件与第1影像元件11a一起收纳并支承。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形成彩色的静态图像或动态图像。第1影像元件11a由第1电路部件80a具体而言显示控制装置88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，也可以置换为使用了无机EL、有机LED、LED阵列、激光阵列、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，也可以使用LCOS(Liquid crystal on silicon，LCoS为注册商标)、数字微镜器件等代替LCD。另外，在第1显示装置100A中，将除了显示控制装置88以外的装置也称为图像显示装置100。

图3是具体说明第1显示部20a的光学结构的侧剖视图。第1显示部20a包含2个反射面，通过透视反射镜23和棱镜反射镜22进行光路的弯折。第1显示部20a成为离轴光学系统OS。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。在该第1显示部20a中，通过在与作为基准面的YZ面平行的离轴面内进行光轴AX的弯折，沿着该离轴面(即基准面)排列光学元件21、22、23。具体而言，在与YZ面平行且与纸面对应的离轴面上，从投射透镜21到反射面22b的光路部分P1、从反射面22b到透视反射镜23的光路部分P2以及从透视反射镜23到光瞳位置PP的光路部分P3配置成以2个阶段折返成Z字状。与此相对应，从投射透镜21到反射面22b的光轴部分AX1、从反射面22b到透视反射镜23的光轴部分AX2以及从透视反射镜23到光瞳位置PP的光轴部分AX3配置成以2个阶段折返成Z字状。在透视反射镜23中，光轴AX交叉的中央部位的法线相对于Z方向成θ＝40～50°左右的角度。在该第1显示部20a中，构成第1显示装置100A的光学元件21、22、23在纵向上改变高度位置而排列，能够防止第1显示装置100A的横向宽度的增大。进而，通过由棱镜反射镜22等的反射引起的光路的折叠，成为光路部分P1～P3或光轴部分AX1～AX3以2阶段折返成Z字状的配置，并且，光路部分P1、P3或光轴部分AX1、AX3比较接近水平，所以，也能够使第1显示部20a在上下方向或前后方向小型化。此外，由于透视反射镜23的中央部位的倾斜角θ为40～50°，所以，在与视线对应的光路部分P3的倾斜度一定的情况下，光路部分P2相对于Z轴的倾斜度从70°变为90°，容易降低图像显示装置100的Z方向的厚度。

第1显示部20a中的从投射透镜21到反射面22b的光路部分P1朝向以视点为基准的后方沿稍微斜上方或接近于与Z方向平行的方向延伸。从反射面22b到透视反射镜23的光路部分P2朝向前方沿斜下方延伸。在以水平面方向(XZ面)为基准的情况下，光路部分P2的倾斜度大于光路部分P1的倾斜度。从透视反射镜23到光瞳位置PP的光路部分P3朝向后方沿稍微斜上方或接近于与Z方向平行的方向延伸。在图示的例子中，光轴AX中的与光路部分P3对应的部分朝向+Z方向，向下为负，成为-10°左右。即，部分透射反射镜123以光轴AX或光路部分P3向上规定角度即向上10°左右的方式反射图像光ML。结果，将与光路部分P3对应的光轴部分AX3延长后的出射光轴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从水平方向向下侧倾斜约10°的稍微低头状态下稳定。另外，相对于光瞳位置PP在水平方向延伸的中心轴HX是假设佩戴着第1显示装置100A的佩戴者US以直立姿势放松而朝向正面注视水平方向或水平线的情况下的轴。

第1显示部20a中的投射透镜21包括第1透镜21o、第2透镜21p及第3透镜21q。投射透镜21接收从第1影像元件11a射出的图像光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射出的图像光ML会聚为接近平行光束的状态。构成投射透镜21的第1透镜21o的入射面21a以及出射面21b、第2透镜21p的入射面21c以及出射面21d、第3透镜21q的入射面21e以及出射面21f是自由曲面或者非球面。各光学面21a、21b、21c、21d、21e、21f在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向夹着光轴AX具有非对称性，在横向或X方向，夹着光轴AX具有对称性。第1透镜21o、第2透镜21p及第3透镜21q例如由树脂形成，但也可以为玻璃制。在构成投射透镜21的第1透镜21o、第2透镜21p及第3透镜21q的光学面能够形成防反射膜。

棱镜反射镜22是具有折射反射功能的光学部件，使来自投射透镜21的图像光ML折射并反射，其中，折射反射功能具有使反射镜和透镜复合而得到的功能。棱镜反射镜22具有配置于第1光学部件的光出射侧的入射面22a、使光轴AX弯折的反射面22b、与反射面22b相对配置于与入射面22a对称的方向的出射面22c。棱镜反射镜22将从配置有投射透镜21的前方入射的图像光ML以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)向下方倾斜的方向折返的方式射出。作为构成棱镜反射镜22的光学面的入射面22a、反射面22b和出射面22c在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向上，隔着光轴AX具有非对称性，在横向或X方向上隔着光轴AX具有对称性。棱镜反射镜22的光学面即入射面22a、反射面22b和出射面22c例如是自由曲面。入射面22a、反射面22b和出射面22c不限于自由曲面，也可以是非球面。棱镜反射镜22例如由树脂形成，但也可以是玻璃制。关于反射面22b，并不限于通过全反射对图像光ML进行反射，也可以为由金属膜或电介质多层膜构成的反射面。此时，在反射面22b上，通过蒸镀等形成由例如Al、Ag这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反射膜。虽然省略了详细的图示，但可以在入射面22a和出射面22c上形成防反射膜。

棱镜反射镜22的出射面22c整体上是凹面，在与YZ面平行且光轴部分AX1～AX3通过的离轴面即纸面上是凹面，在与YZ面垂直且通过出射面22c的中心的横截面CS(图2参照)上也是凹面。即，出射面22c是在离轴面具有非对称性的凹面，是在与离轴面垂直的横截面CS具有对称性的凹面。棱镜反射镜22的出射面22c在筒41的开口41o露出，因此，通过形成为凹面，容易避免与外部物体的接触，能够抑制损伤的发生。棱镜反射镜22的出射面22c配置在比较小的中间像IM的附近，并配置在图像光ML的光束截面缩小的部位，因此，能够使面积比较小。通过使棱镜反射镜22的出射面22c的面积比较小，也能够抑制在出射面22c产生的损伤。中间像IM的位置配置在比透视反射镜23的反射面23c更靠近棱镜反射镜22的出射面22c的位置。当光路部分P2或光轴部分AX2的长度为L2时，从反射面23c到中间像IM的距离DI为L2×(1/2)以下，更优选为L2×(2/5)以下。

棱镜反射镜22的出射面22c在光轴部分AX2交叉的位置的内面侧，成为相对于光轴部分AX2接近平行的状态。由此，能够减少出射面22c的折射量，抑制像差增大。另外，光轴部分AX2交叉的位置的内面侧的出射面22c的倾斜度δ相当于光轴部分AX2与光轴部分AX2所交叉的部位的垂直于出射面22c的横截面CS所成的角，例如为70°以下。

透视反射镜23即第1合成器103a是作为凹的表面反射镜发挥功能的弯曲的板状的反射光学部件，将来自棱镜反射镜22的图像光ML部分地反射，并且使外界光OL部分地透射。透视反射镜23将来自棱镜反射镜22的图像光ML朝向光瞳位置PP反射。透视反射镜23具有反射面23c和外侧面23o。

透视反射镜23是覆盖配置眼EY或光瞳的光瞳位置PP并且朝向光瞳位置PP具有凹形状、朝向外界具有凸形状的凹面反射镜。光瞳位置PP或其孔径PPa被称为眼点或眼动范围(eye box)。光瞳位置PP或开口PPa相当于第1显示部20a的出射侧的出射光瞳EP。透视反射镜23是准直器，使从显示面11d的各点射出的图像光ML的主光线即在第1投射光学系统12a的棱镜反射镜22的出射侧附近成像后扩散的图像光ML的主光线会聚到光瞳位置PP。透视反射镜23作为凹面镜，能够放大观察在作为图像光生成装置的第1影像元件11a上形成并由第1投射光学系统12a再次成像的中间像IM。更详细地说，透视反射镜23与视场透镜同样地发挥功能，使来自形成于棱镜反射镜22的出射面22c的后级的中间像的各点的图像光ML以在准直的状态下整体聚集的方式入射到光瞳位置PP。从配置在中间像IM与光瞳位置PP之间的观点出发，透视反射镜23需要具有相当于视场角的有效区域EA以上的宽度。在此，视场角是以沿眼的正面方向延伸的光轴AX为基准使上下左右的视场角一致的角度，在具体例中设定为对角45°左右。在透视反射镜23中，关于比有效区域EA向外侧延伸的外区域，由于不直接影响成像，所以可以设为任意的面形状，但从确保镜片状的外观的观点出发，优选与有效区域EA的外缘的面形状的曲率相同，或者从该外缘连续地变化。

透视反射镜23是具有在板状体23b的背面形成有透射性反射膜23a的结构的半透射型反射镜板。透视反射镜23的反射面23c在与YZ面平行且与光轴AX交叉的纵向，隔着光轴AX具有非对称性，在横向或X方向，隔着光轴AX具有对称性。透视反射镜23的反射面23c例如是自由曲面。反射面23c不限于自由曲面，也可以是非球面。反射面23c需要具有有效区域EA以上的宽度。在反射面23c形成在比有效区域EA宽的外区域的情况下，关于来自有效区域EA的背后的外界像和来自上述外区域的背后的外界像，不易产生外观的差异。

透视反射镜23的反射面23c在反射图像光ML时使一部分光透过。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，能够使虚像与外界像重叠。此时，如果板状体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。从确保图像光ML的亮度和容易透视观察外界像的观点出发，反射面23c对于图像光ML和外界光OL的反射率在假定的图像光ML的入射角范围(相当于有效区域EA)中为10％以上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，但也可以是玻璃制。板状体23b由与从周围对其进行支承的支承板61相同的材料形成，具有与支承板61相同的厚度。透射性反射膜23a例如由调整了膜厚的多个电介质层构成的电介质多层膜形成。透射性反射膜23a也可以是调整了膜厚的Al、Ag等金属的单层膜或多层膜。透射性反射膜23a例如可以通过利用蒸镀的层叠来形成，但也可以通过粘贴片状的反射膜来形成。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的图像光ML入射到投射透镜21，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入射到棱镜反射镜22，一边被折射一边通过入射面22a，被反射面22b以接近100％的高反射率反射，再次被出射面22c折射。来自棱镜反射镜22的图像光ML暂时形成中间像后，入射到透视反射镜23，由反射面23c以50％左右以下的反射率反射。由透视反射镜23反射的图像光ML入射到配置佩戴者US的眼EY或光瞳的光瞳位置PP。通过了透视反射镜23及其周围的支承板61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图像光ML的虚像。

图2所示的显示控制装置88是显示控制电路，对第1影像元件11a输出与图像对应的驱动信号，控制第1影像元件11a的显示动作。显示控制装置88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而使第1影像元件11a进行2维的图像显示。显示控制装置88也可以包含包括有第1显示装置100A和第2显示装置100B的主基板。主基板能够具有与图1所示的用户终端90之间进行通信并对从用户终端90接收到的信号进行信号转换的接口功能、使第1显示装置100A的显示动作与第2显示装置100B的显示动作协作的综合功能。另外，不具备显示控制装置88或用户终端90的HMD200或图像显示装置100也是虚像显示装置。

参照图4说明组装在HMD200的显示驱动部102a、102b中的支承结构。在第1显示装置100A中，第1框架52a利用螺钉那样的紧固件50f等固定于第1显示部20a的筒41，以悬吊的方式支承第1显示部20a。在第1框架52a上形成有矩形的开口52o，矩形的开口52o的周围52r的一部分与第1显示部20a的筒41或筒罩41u抵接并紧贴。另外，在第1框架52a上的凹部RE配置第1电路部件80a。第1框架52a例如由镁合金形成。在第2显示装置100B中，第2框架52b利用螺钉那样的紧固件50f等固定于第2显示部20b的筒41，以悬吊的方式支承第2显示部20b。在第2框架52b上形成有矩形的开口52o，矩形的开口52o的周围52r的一部分与第2显示部20b的筒41或筒罩41u抵接并紧贴。另外，在第2框架52b上的凹部RE配置第2电路部件80b。第2框架52b例如由镁合金形成。

支承装置50除了第1框架52a和第2框架52b以外，还具备将第1框架52a和第2框架52b连结并相对地固定的接头50c。接头50c是镁合金那样的金属制部件，利用紧固件50g等与第1框架52a的一端部连结，利用紧固件50g等与第2框架52b的另一端部连结。安装有第1显示部20a的第1框架52a和安装有第2显示部20b的第2框架52b经由中央的接头50c以相互光学对准的状态固定。

图5是说明从图4所示的HMD200去除了支承装置50的状态的立体图。第1显示部20a以一体化的状态具有第1投射光学系统12a和第1合成器103a，第2显示部20b以一体化的状态具有第2投射光学系统12b和第2合成器103b。在第1投射光学系统12a中，第1合成器103a以对准的状态通过粘接等固定于筒41。第1投射光学系统12a的筒41具有收纳第1影像元件11a的空间，以相对于图2所示的投射透镜21等对准的状态支承第1影像元件11a。在第2投射光学系统12b中，第2合成器103b以对准的状态通过粘接等固定于筒41。第2投射光学系统12b的筒41具有收纳第2影像元件11b的空间，以相对于图2所示的投射透镜21等对准的状态支承第2影像元件11b。在各筒41上设有用于螺纹紧固于图4所示的第1框架52a或第2框架52b的多个紧固部51f。

参照图6及图7对筒41的结构进行说明。在图6中，区域AR1是筒41以及由其保持的光学部件2a、2b的侧剖视图，区域AR2是除了筒罩41u以外的剩余部分的侧剖视图。另外，在图7中，区域BR1是除去筒罩41u后的剩余部分的后视图，区域BR2是除去筒罩41u后的剩余部分中的后端部的俯视图。

筒41包括筒主体41a和筒罩41u，收纳第1光学部件2a，并保持第2光学部件2b。筒主体41a和筒罩41u考虑到固定于内部的光学元件的支承精度和强度而由聚碳酸酯树脂形成。筒主体41a是上方开放的浴缸状的容器，在底的一部分具有开口41o。筒罩41u以从上方覆盖筒主体41a的方式固定。筒主体41a具有2个侧板部件41c、底板部件41d、前板部件41e和2个突起部41f、41g。2个侧板部件41c相对于光轴AX所延伸的离轴面SS(参照图7)大致平行地延伸且相互分离。底板部件41d大致沿着与光轴AX延伸的离轴面SS垂直的XZ面延伸，在后方端侧设有开口41o。前板部件41e连结底板部件41d的前方端和2个侧板部件41c的前方端。2个突起部41f、41g以从2个侧板部件41c的上部向外侧伸出的方式沿横向延伸。

在一方的侧板部件41c的内侧，作为支承构成第1光学部件2a的第1透镜21o、第2透镜21p及第3透镜21q、和第2光学部件2b的棱镜反射镜22的突起，形成有具有台阶的引导凸部45a、45b、45c、45d。另外，虽然省略了图示，但在另一方的侧板部件41c(参照图7)的内表面也形成有与引导凸部45a、45b、45c、45d同样的引导凸部。通过设置于2个侧板部件41c的内表面的2个第1引导凸部45a，第1透镜21o在偏靠的状态下被对准并支承于筒主体41a。同样地，通过第2引导凸部45b将第2透镜21p对准并支承于筒主体41a，通过第3引导凸部45c将第3透镜21q对准并支承于筒主体41a，通过第4引导凸部45d将棱镜反射镜22对准并支承于筒主体41a。

筒罩41u配置在底板部件41d的相反侧，覆盖筒主体41a的内侧，从而形成收纳空间IS。筒罩41u具备顶板41x和后部板41y。顶板41x与XZ面平行地延伸，后部板41y以覆盖第2光学部件2b的棱镜反射镜22的反射面22b的外侧的方式相对于XZ面和XY面倾斜地配置。后部板41y的内表面41m沿着棱镜反射镜22的反射面22b在反射面22b的附近延伸。在反射面22b的外侧与后部板41y的内表面41m之间形成有均匀的间隙GA。间隙GA的间隔例如为0.1mm～1mm左右。

在筒罩41u的外缘42q与筒主体41a的上端42p之间设置有例如台阶那样的嵌合构造，能够实现相互的对准。能够在筒罩41u的外缘42q与筒主体41a的上端42p的间隙填充粘接部件或密封材料。在该情况下，能够提高收纳空间IS的密闭性。

在筒41内，在第1光学部件2a和第2光学部件2b之间配置有光圈板部件26。光圈板部件26优选配置在第1影像元件11a和中间像IM之间且来自显示面11d上的各点的光束直径最大的中间光瞳的位置或其附近。在图示的情况下，光圈板部件26与棱镜反射镜22的入射面22a相邻地安装。参照图7，光圈板部件26具有配置在筒41的底板部件41d附近的中央部26a和从中央部26a沿着2个侧板部件41c延伸的2个侧边部26b。在本实施方式的情况下，到棱镜反射镜22的上端部22j为止是光学有效区域。因此，光圈板部件26省略上边，成为具备相当于下边的中央部26a和相当于左右边的侧边部26b的开放型，但确认了对光学性能没有大的影响。通过这样的光圈板部件26，容易使筒罩41u接近棱镜反射镜22的上端部22j。其结果是，能够防止筒罩41u的突出量增加，能够使筒41小型化。

光圈板部件26在周围的4处具有切口26f，切口26f与在棱镜反射镜22的入射面22a的外侧且侧面22s侧形成的4个突起22f嵌合。由此，光圈板部件26相对于棱镜反射镜22的入射面22a对准。光圈板部件26在切口26f的周边通过粘接材料固定在突起22f上。

在筒41中，第1影像元件11a通过孔41z从上方插入到面对前板部件41e的空间ISa，以对准的状态固定。

对筒41内的第2光学部件2b或棱镜反射镜22的固定进行说明。棱镜反射镜22在被入射面22a、反射面22b和出射面22c夹着的一对侧面22s上具有突起22t。突起22t的入射面22a侧的一对第1支承面28a与设于在筒主体41a形成的引导凸部45d的一对第1载置面48a抵接。突起22t的出射面22c侧的一对第2支承面28b与设于形成于筒主体41a的引导凸部45d的一对第2载置面48b抵接。在侧面22s中设置于突起22t的下侧的朝外的一对第3支承面28c与设置于在筒主体41a形成的引导凸部45d的朝内的一对第3载置面48c抵接。通过使用第1支承面28a和第1载置面48a的抵接，关于Z方向的位置和绕Y轴及X轴的倾斜，能够进行棱镜反射镜22的对准。通过使用第2支承面28b和第2载置面48b的抵接，关于Y方向的位置和绕Z轴的倾斜，能够进行棱镜反射镜22的对准。通过使用第3载置面48c与第3载置面48c的抵接，能够关于X方向的位置进行棱镜反射镜22的对准。在将棱镜反射镜22组装于筒主体41a时，将筒主体41a以引导凸部45d或开口41o成为上侧的方式纵置。之后，在引导凸部45d的第1载置面48a、第2载置面48b及第3载置面48c的适当部位涂布粘接部件AM，使一对突起22t载置于一对引导凸部45d而如抽屉那样插入棱镜反射镜22。通过在对准完成后使各部分的粘接部件AM固化，能够将棱镜反射镜22相对于筒主体41a精密地固定。作为粘接部件AM，例如可以使用UV固化型的粘接部件，但不限于此。

以上，对将棱镜反射镜22对准并固定于在筒主体41a形成的引导凸部45d的方法进行了说明，但将第1透镜21o、第2透镜21p及第3透镜21q固定于第1引导凸部45a、第2引导凸部45b、第3引导凸部45c的方法也与棱镜反射镜22的情况相同，省略说明。关于组装顺序，首先将第1透镜21o固定于筒主体41a，接着将第2透镜21p固定于筒主体41a，接着将第3透镜21q固定于筒主体41a，最后将棱镜反射镜22固定于筒主体41a。

将棱镜反射镜22等固定于筒主体41a的方法不限于上述的利用偏靠的方法，能够替换为使用了嵌合及其他各种方法的方法。

参照图8，对筒41的开口41o周边进行说明。在图8中，区域CR1是说明开口41o的周边的立体图，区域CR2是说明开口41o的周边的侧视图，区域CR3是说明开口41o的周边的主视图。在设置于筒41的底板部件41d的后方的开口41o的周边，以从筒41的底部突出的方式形成有防护件43a。防护件43a保护向底板部件41d的主体41j的下方突出的棱镜反射镜22的侧面。防护件43a具有倾斜的后部43c和侧部43d。由防护件43a和主体41j包围而形成倾斜的开口41o。开口41o以向下的-Y方向为基准而向前的+Z方向倾斜几10°。在开口41o的周围设置的矩形环状的缘部44以包围棱镜反射镜22的出射面22c的外缘22cp的方式配置。开口41o的缘部44包括与防护件43a的后部43c对应的部分44a，与防护件43a的侧部43d对应的部分44b以及与底板部件41d的主体41j对应的部分44c。设置于开口41o的周围的缘部44通过从外侧包围棱镜反射镜22的出射面22c的外缘22cp，从周围保护棱镜反射镜22的出射面22c。此时，棱镜反射镜22的出射面22c的外缘22cp配置在比开口41o的缘部44后退的内侧。即，棱镜反射镜22的出射面22c配置在比开口41o的缘部44靠里侧。具体而言，棱镜反射镜22的出射面22c的外缘22cp的上端比开口41o的缘部44的上端在+Y方向低0.1mm～1mm左右。由此，能够避免非意图的物体碰到棱镜反射镜22的外缘22cp或者接触外缘22cp，能够抑制出射面22c的劣化。开口41o的尺寸例如设定为6.5mm×15mm。

另外，在棱镜反射镜22的出射面22c的外缘22cp与开口41o的缘部44之间，可以在它们的间隙中填充粘接部件或密封材料。在该情况下，能够提高收纳空间IS的密闭性。

图9是说明第1合成器103a相对于筒41的固定即透视反射镜23相对于第1投射光学系统12a的固定的图。在图9中，区域DR1是筒41和第1合成器103a的主视图，区域DR2是筒41和第1合成器103a的俯视图。将这样的部件称为光学单元300：对组合包含筒41的第1投射光学系统12a和相对于筒41固定的第1合成器103a之后的第1显示部20a组装了第1影像元件11a。

在光学单元300中，在筒41的前侧以向横向外侧伸出的方式形成有一对突起部41f、41g。另外，在第1合成器103a的上端61g以向内侧伸出的方式形成有一对安装部62a、62b。一对安装部62a、62b的一对相对的62s以夹着筒41的一对向外的横侧面51s的方式与它们嵌合，进行±X方向的对准以减少倾斜。一对安装部62a、62b的一对后侧面62t与筒41的台阶状的一对前侧面51r抵接，进行±Z方向的对准以减少倾斜。进而，从一对突起部41f、41g的底面59j突起的多个凸部59p与一对安装部62a、62b的一对上表面62j抵接，进行±Y方向的对准。在以上的对准后即6轴的对准后，从周围向突起部41f、41g的底面59j与安装部62a、62b的上表面62j之间供给粘接部件49，利用紫外线等使所供给的粘接部件49固化，从而完成第1合成器103a相对于筒41的固定。

图10是图1所示的第1显示装置100A的第1显示驱动部102a的正面剖视图。在筒41上固定有第1框架52a。第1框架52a支承包含筒41的第1显示部20a而决定配置。以覆盖筒41的下侧的方式配置有下罩71a。下罩71a支承于图4所示的接头50c或第1框架52a，在附图左侧的端部与图1所示的支承装置100C连结。上罩71b可装卸地安装于下罩71a。

以上说明的实施方式的图像显示装置100具备；影像元件11a；配置在第1影像元件11a的光出射侧的第1光学部件2a；具有配置在第1光学部件2a的光出射侧的入射面22a、弯折光轴AX的反射面22b和凹面的出射面22c的第2光学部件2b；以及收纳第1光学部件2a并保持第2光学部件2b的筒41，第2光学部件2b的出射面22c在筒41的开口41o处露出，出射面22c的外缘22cp被开口41o的缘部44包围。

在该图像显示装置100中，第2光学部件2b的出射面22c在筒41的开口41o露出，出射面22c的外缘22cp被开口41o的缘部44包围，所以，第2光学部件2b的出射面22c被筒41的开口41o的缘部44保护，不易发生由外力引起的劣化。

在本实施方式的图像显示装置100中，第2光学部件2b的出射面22c的外缘22cp配置在比筒41的开口41o的缘部44后退的内侧。在该情况下，第2光学部件2b的出射面22c配置在比开口41o的缘部44靠里侧的位置，第2光学部件2b的出射面22c的保护变得可靠。

另外，在本实施方式的图像显示装置100中，第2光学部件2b的出射面22c是凹曲面。在该情况下，第2光学部件2b的出射面22c整体被筒41的开口41o的缘部44保护，第2光学部件2b的出射面22c的保护变得可靠。

[变形例及其他]

虽然按照以上实施方式说明了本发明，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可以以各种方式进行实施，例如也可以为如下的变形。

以上，HMD200具备第1显示装置100A和第2显示装置100B，但HMD200或图像显示装置100也可以通过支承装置100C将单一的第1显示装置100A或第2显示装置100B支承在眼前。

以上，将第1框架52a和第2框架52b经由接头50c连结，但也可以将第1框架52a和第2框架52b直接连接，或者也可以将第1框架52a、第2框架52b和接头50c设为一体化的金属部件。

以上，以将图像显示装置100佩戴于头部来使用为前提，但上述图像显示装置100也可以不佩戴于头部而作为如望远镜那样窥视的手持显示器来使用。即，在本发明中，头戴式显示器也包括手持显示器。

具体方式中的图像显示装置具有：影像元件；第1光学部件，其配置于影像元件的光出射侧；第2光学部件，其具有配置在第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及筒，其收纳第1光学部件并保持第2光学部件，第2光学部件的出射面在筒的开口处露出，出射面的外缘被开口的缘部包围。

在上述图像显示装置中，第2光学部件的出射面在筒的开口处露出，出射面的外缘被开口的缘部包围，因此，第2光学部件的出射面被筒的开口的缘部保护，不易发生由外力引起的劣化。

在具体方式的图像显示装置中，第2光学部件的出射面的外缘配置在比筒的开口的缘部后退的内侧。在该情况下，第2光学部件的出射面配置得比开口的缘部更靠里侧，第2光学部件的出射面的保护变得可靠。

在具体方式的图像显示装置中，第2光学部件的出射面是凹曲面。在该情况下，第2光学部件的出射面整体上被筒的开口的缘部保护，第2光学部件的出射面的保护变得可靠。

在具体的方式的图像显示装置中，筒具有：筒主体，其具有相对于光轴延伸的面大致平行地延伸且相互分离的2个侧板部件、大致沿着与光轴延伸的面垂直的面延伸且设有开口的底板部件、连结底板部件及2个侧板部件的前方端的前板部件；以及筒罩，其配置在底板部件的相反侧，通过覆盖筒主体的内侧而形成收纳空间。此时，容易将第1光学部件和第2光学部件配置在容器状的筒中。

在具体方式的图像显示装置中，第1光学部件以及第2光学部件在筒主体中以偏靠从2个侧板部件向内侧突起的引导凸部的状态与引导凸部对准。此时，能够以载置于引导凸部的方式将第1光学部件或第2光学部件保持于筒主体，第1光学部件或第2光学部件的对准变得容易。

在具体方式的图像显示装置中，筒罩覆盖第2光学部件的反射面的外侧，筒罩的内表面沿着反射面在反射面的附近延伸。在该情况下，能够保护反射面并且避免与筒罩的内表面接触。

在具体方式的图像显示装置中，具备配置在第1光学部件和第2光学部件之间的光圈板部件，光圈板部件具有配置在筒的底板部件附近的中央部和从中央部沿着2个侧板部件延伸的2个侧边部。由此，即使在第2光学部件在筒罩侧将有效区域配置在外缘附近的情况下，也能够避免由光圈板部件进行过度的遮光。

在具体方式的图像显示装置中，在筒罩中沿着与光轴延伸的面垂直的面延伸的带状部分在光圈板部件的一对侧边部的端部之间延伸。在该情况下，能够使带状部分作为光圈的一部分发挥功能。

在具体方式的图像显示装置中，具备配置于第2光学部件的光出射侧的合成器，合成器相对于向筒的外侧延伸的一对突起部对准并通过粘接而固定。在该情况下，能够提高合成器相对于筒和第2光学部件的配置精度。

在具体方式的图像显示装置中，筒由聚碳酸酯树脂形成。

在具体方式的图像显示装置中，还具备使影像元件进行显示动作的显示控制装置。

本发明的一个方面的光学单元具有：影像元件；第1光学部件，其配置于影像元件的光出射侧；第2光学部件，其具有配置在第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及筒，其收纳第1光学部件并保持第2光学部件，第2光学部件的出射面在筒的开口处露出，出射面的外缘被开口的缘部包围。

Claims (13)

1.一种图像显示装置，其具有：

影像元件；

第1光学部件，其配置于所述影像元件的光出射侧；

第2光学部件，其具有配置在所述第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及

筒，其收纳所述第1光学部件并保持所述第2光学部件，

所述第2光学部件的所述出射面在所述筒的开口处露出，所述出射面的外缘被所述开口的缘部包围。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述第2光学部件的所述出射面的外缘配置在比所述筒的所述开口的缘部后退的内侧。

3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述第2光学部件的所述出射面是凹曲面。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像显示装置，其中，

所述筒具有：

筒主体，其具有相对于光轴延伸的面大致平行地延伸且相互分离的2个侧板部件、大致沿着与所述光轴延伸的面垂直的面延伸且设有所述开口的底板部件、连结所述底板部件及所述2个侧板部件的前方端的前板部件；以及

筒罩，其配置在所述底板部件的相反侧，通过覆盖所述筒主体的内侧而形成收纳空间。

5.根据权利要求4所述的图像显示装置，其中，

所述第1光学部件以及所述第2光学部件在所述筒主体中以偏靠从所述2个侧板部件向内侧突起的引导凸部的状态与所述引导凸部对准。

6.根据权利要求4所述的图像显示装置，其中，

所述筒罩覆盖所述第2光学部件的所述反射面的外侧，

所述筒罩的内表面沿着所述反射面在所述反射面的附近延伸。

7.根据权利要求4所述的图像显示装置，其中，

所述图像显示装置具备配置在所述第1光学部件和所述第2光学部件之间的光圈板部件，

所述光圈板部件具有配置在所述筒的所述底板部件附近的中央部和从所述中央部沿着所述2个侧板部件延伸的2个侧边部。

8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像显示装置，其中，

所述图像显示装置具备配置于所述第2光学部件的光出射侧的合成器，

所述合成器相对于向所述筒的外侧延伸的一对突起部对准并通过粘接而固定。

9.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像显示装置，其中，

所述筒由聚碳酸酯树脂形成。

10.根据权利要求1～3中的任意一项所述的图像显示装置，其中，

所述图像显示装置还具备使所述影像元件进行显示动作的显示控制装置。

11.一种图像显示装置，其具有：

影像元件；

第1光学部件，其配置于所述影像元件的光出射侧；

第2光学部件，其具有配置在所述第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及

筒，其收纳所述第1光学部件并保持所述第2光学部件，

所述第2光学部件的所述出射面的外缘配置在比所述筒的开口的缘部后退的内侧。

12.一种图像显示装置，其具有：

影像元件；

第1光学部件，其配置于所述影像元件的光出射侧；

第2光学部件，其具有配置在所述第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及

筒，其收纳所述第1光学部件并保持所述第2光学部件，

所述第2光学部件的所述出射面在所述筒的开口处露出，所述第2光学部件的所述出射面是凹曲面。

13.一种光学单元，其具有：

影像元件；

第1光学部件，其配置于所述影像元件的光出射侧；

第2光学部件，其具有配置在所述第1光学部件的光出射侧的入射面、使光轴弯折的反射面和出射面；以及

筒，其收纳所述第1光学部件并保持所述第2光学部件，

所述第2光学部件的所述出射面在所述筒的开口处露出，所述出射面的外缘被所述开口的缘部包围。