CN203825293U - 虚像显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供能实现轻量化并且能提高图像光产生装置的支持强度的虚像显示装置。导光部（20）在作为周围的一处的安装部（10g）处直接固定于框架（102），因此，导光部（20）的固定变得简易，能使虚像显示装置（100）轻量化，也可提高框架（102）所形成的导光部（20）的支持强度。还有，导光部（20）在除了安装部（10g）以外的周围部分（A0）中相对于框架为非固定状态，因此即使在导光部（20）和框架（102）之间存在热膨胀率之差，也允许导光部（20）相对于框架（102）的膨胀，可防止在导光部（20）发生畸变、变形、破损。

Description

虚像显示装置

技术领域

本实用新型涉及将图像作为虚像提供给观看者的虚像显示装置，尤其涉及适合配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

作为组进配戴于观看者的头部的头戴式显示器（以下，也称为HMD）等的虚像显示装置的光学系统提出各种方案（例如参照专利文献1、2等）。

关于HMD等的虚像显示装置，期望使小型化及轻量化进展和不使像质下降而达到宽视角化。并且，若完全覆盖观看者的视野，成为仅能看到图像光的状态，则观看者判断不了外界的状态，产生不安。莫如通过使外界和图像重叠而观看，产生虚拟现实的各种新的用途。因此，期望不妨碍外界的视野，对图像光重叠进行显示的显示器。而且，为了使观看者的配戴感提高，使外表的形体良好，一般期望近于眼镜的形式。

考虑以上的状况，例如通过透明地配置于观看者的眼前的导光部构成虚像显示装置，并考虑介由如此的透明型的导光部将来自图像显示元件的图像光导至观看者的眼睛。在这种虚像显示装置中，需要将导光部支持（支撑）于眼前，例如将分别包括图像光产生装置和导光板的一对图像显示装置固定于结合构件，并将该结合构件固定于类似于眼镜框的框架的背后（参照专利文献1）。

可是，在记载于专利文献1等的虚像显示装置中，因为与框架不同地另行设置结合构件对图像显示装置进行支持，所以结构变得复杂化，如果提高通过结合构件产生的图像显示装置的支持强度则重量增加，若使结合构件等轻量化则图像显示装置的支持强度容易下降。

专利文献1：日本特开2011—2753号公报

专利文献2：日本特开2010—145859号公报。

实用新型内容

本实用新型鉴于所述背景技术而作出，目的在于提供能够谋求轻量化并使图像显示用的装置的支持强度提高的虚像显示装置。

为了达到所述目的，本实用新型涉及的第1虚像显示装置为使观看者将图像观看为虚像的虚像显示装置，具备图像元件、使来自图像元件的光朝向观看者的眼睛而使图像被观看的光学构件和使得光学构件配置于观看者的眼前地对持图像元件和光学构件进行支持的框架，光学构件在作为周围的一处的安装部中直接固定于框架，在除了安装部以外的周围部分中相对于框架为非固定状态。也就是说，光学构件在悬臂状态下被支持或者通过局部连接及其他的固定被支持。

在所述第1虚像显示装置中，因为光学构件在作为周围的一处的安装部中直接固定于框架，所以光学构件的固定变得简易，连接部及构件数量减少而容易小型化并容易使虚像显示装置轻量化，也提高通过框架产生的光学构件的支持强度。而且，因为光学构件在除了安装部以外的周围部分中相对于框架为非固定状态，所以即使在光学构件和框架之间存在热膨胀率之差，也允许光学构件相对于框架的膨胀，能够防止在光学构件产生畸变、变形、破损。

在本实用新型的具体的侧面中，在所述第1虚像显示装置中，光学构件使来自图像元件的图像反射而导至观看者的眼睛。

在本实用新型的其他具体的侧面中，光学构件具有一边使来自作为图像元件的图像显示元件的图像的光在内部反射一边导至观看者的眼睛的棱镜状的导光部。该情况下，虽然产生导光部变得比较重的趋势，但是通过利用安装部向框架的直接的固定，能够不使导光部的光学特性劣化而精密地配置导光部。

在本实用新型的另外的侧面中，安装部设置于导光部之中的入射侧的部分。该情况下，导光部之中的接近图像显示元件的部分固定于框架，图像显示元件和导光部的对准变得容易。并且，因为导光部之中的射出侧的部分敞开，不用在观看者的眼睛的周边设置固定机构，所以能够抑制成为视野的妨碍的构件的配置而能够提高外观的自由度。

在本实用新型的另外的侧面中，安装部固定于框架的侧方。该情况下，导光部在来自横侧的悬臂状态下被支持，图像显示元件安装于框架的侧方周边。

在本实用新型的另外的侧面中，框架具有对包括图像显示元件的像形成主体部进行固定的第1固定部和对导光部进行固定的第2固定部。该情况下，能够将像形成主体部和导光部个别地组装于框架，能够提高组装的作业性。

在本实用新型的另外的侧面中，像形成主体部螺钉固定于第1固定部，导光部螺钉固定于所述第2固定部。该情况下，能够不牺牲组装的作业性而使像形成主体部和导光部的安装强度提高。

在本实用新型的另外的侧面中，像形成主体部具有通过与导光部抵接而卡止该导光部的卡止部。该情况下，能够确保将像形成主体部和导光部个别地组装于框架的作业性，且像形成主体部和导光部的配置关系也精密地进行对准，也容易应对框架的制造误差等，有助于虚像显示装置的性能提高。

在本实用新型的另外的侧面中，像形成主体部具有使来自图像显示元件的图像的光成像于导光部的投影透镜。该情况下，能够在导光部内形成中间像而观看图像，能够避免图像显示元件等的大型化并提高图像显示元件等的配置的自由度。

在本实用新型的另外的侧面中，像形成主体部具有固定于框架的盖状的外装构件。该情况下，能够一边保护像形成主体部的内部结构部一边抑制杂散光的产生。

在本实用新型的另外的侧面中，导光部具有对图像的光进行导光并使外界的光可以透视的棱镜和连接于该棱镜而补偿外界的光的透视功能的光透射构件。该情况下，因为能够使导光部成为相似于眼镜的透镜部的形状或状态，所以能够使视野良好，并且外观的自由度也能够提高。

在本实用新型的另外的侧面中，图像元件射出2维扫描的信号光，光学构件使来自图像显示元件的光反射而导至观看者的眼睛。

在本实用新型的另外的侧面中，框架具有对光学构件的位移关于预定方向进行限制的限制部。该情况下，能够抑制光学构件的不期望的位移，能够防止在光学构件产生变形、畸变、破损等。

在本实用新型的另外的侧面中，限制部对光学构件的位移关于框架的进深方向进行限制。

在本实用新型的另外的侧面中，进一步具备固定于框架并对光学构件的周围之中的除了安装部以外的周围部分的至少一部分进行保护的保护件。该情况下，能够通过框架和保护件包围光学构件的周围地进行保护，能够提高对于如在使虚像显示装置落下的情况地来自随机的方向的强的冲击的耐久性。

在本实用新型的另外的侧面中，框架和所述保护件以金属材料形成。该情况下，能够使框架和保护件为高精度和高刚性，能够提高图像显示元件和光学构件的组装的可靠性。

在本实用新型的另外的侧面中，框架将一对图像元件和一对光学构件对称地固定及支持于侧方。该情况下，能够使虚像显示装置成为眼镜型，能够向双眼提供相同或不同的图像。

为了达到所述目的，本实用新型涉及的第2虚像显示装置为使观看者将图像观看为虚像的虚像显示装置，具备图像元件、使来自图像元件的光朝向观看者的眼睛而使图像被观看的光学构件、对图像元件和光学构件进行支持使得光学构件配置于观看者的眼前的框架和连接于框架并且覆盖光学构件周围之中的除了固定于框架的安装部以外的周围部分的至少一部分地进行保护的保护件。

在所述第2虚像显示装置中，保护件覆盖光学构件周围之中的除了固定于框架的安装部以外的周围部分的至少一部分地进行保护。也就是说，能够通过框架和保护件包围覆盖光学构件的周围地进行保护。由此，能够提高对于如在使虚像显示装置落下的情况地来自随机方向的强的冲击的耐久性。

在本实用新型的具体的侧面中，在所述第2虚像显示装置中，光学构件具有一边使来自作为图像元件的图像显示元件的图像的光在内部反射一边导至观看者的眼睛的棱镜状的导光部。

在本实用新型的其他具体的侧面中，光学构件相对于保护件为非固定状态。该情况下，即使在光学构件和保护件之间存在热膨胀率之差，也允许光学构件的膨胀，能够抑制在光学构件产生变形、畸变、破损。

在本实用新型的另外的侧面中，保护件为细长地延伸的框状构件。该情况下，能够使保护件轻量，因为能够配置为，外观也如同镜架的一部分，所以能够消除设计的不适感。

在本实用新型的其他具体的侧面中，保护件直接或间接地固定于框架的中央部和侧方。该情况下，都能将保护件简易地固定于框架而一体化。

附图说明

图1是对作为本实用新型的第1实施方式的虚像显示装置的外观进行说明的立体图。

图2（A）是表示虚像显示装置的整体的立体图，（B）是表示从虚像显示装置取下外装构件和／或保护件后的内部结构的立体图。

图3（A）～（C）是实施方式的虚像显示装置的主视图、背面侧立体图及侧视图。

图4（A）～（C）是能看到内部结构的虚像显示装置的主视图、背面图及侧视图。

图5是表示用于对虚像显示装置之中的第1显示装置的结构进行说明而将外装构件等取下的状态的立体图。

图6（A）及（B）是对组入于第1显示装置的导光部或光学构件的外观进行说明的立体图。

图7（A）及（B）是对虚像显示装置之中的导光部及投影透镜向框架的固定方法进行说明的分解立体图。

图8是构成虚像显示装置的第1显示装置的关于上下的对称面的剖视图。

图9（A）是对作为本实用新型的第2实施方式的虚像显示装置进行说明的主视图，（B）是对虚像显示装置之中的第1显示装置的结构进行说明的俯视图。

图10是对变形例的虚像显示装置进行说明的图。

附图说明

A0…周围部分，AX1—AX5…光轴，AXO…射出侧光轴，EY…眼睛，GL…图像光，OI…像面，RM…光反射膜，S11—S16…第1—第6面，S51—S53…第1—第3透视面，SL…照明光，10…棱镜，10g…安装部，11…第1棱镜部分，12…第2棱镜部分，12j…前端部，15…半透射半反射镜层，20…导光部，30…投影透镜，39…镜筒，39a…卡止构件，39g…安装部，50…光透射构件，61e…固定部，61f…固定部，61x…毂孔，65a、65b…侧方端部，68e…抵接面，70…投影透视装置，80…图像显示装置，81…照明装置，82…图像显示元件，84…驱动控制部，100…虚像显示装置，100A…第1显示装置，100B…第2显示装置，101a…第1光学构件，101b…第2光学构件，102…框架，102a…正面部，102b、102c…侧面部，102n…限制部，104…镜腿部分，105a…第1像形成主体部，105b…第2像形成主体部，105d…外装构件，105i…凹部，108…投影机，108a…鼻托构件，108g…中央部，108i…前端部，109…框状构件

具体实施方式

第1实施方式

以下，一边参照图1等，一边关于本实用新型涉及的虚像显示装置的第1实施方式详细地进行说明。

如示于图1地，本实施方式的虚像显示装置100为具有如眼镜的外观的头戴式显示器，对于配戴该虚像显示装置100的观看者或使用者能够使通过虚像产生的图像光被观看，并且能够使观看者透明地观看或观察外界像。虚像显示装置100具备可以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进行支持的框架102和附加于从框架102的左右两端到后方的镜腿部分（鬓角）104的部分的第1及第2像形成主体部105a、105b。在此，在附图上左侧的第1光学构件101a和第1像形成主体部105a组合而成的第1显示装置100A为形成右眼用的虚像的部分，即使单独也作为虚像显示装置而起作用。并且，在附图上右侧的第2光学构件101b和第2像形成主体部105b组合而成的第2显示装置100B为形成左眼用的虚像的部分，即使单独也作为虚像显示装置而起作用。

图2是对虚像显示装置100的外观和内部进行了对比的图，图2（A）表示虚像显示装置100的整体，图2（B）表示虚像显示装置100的内部结构。还有，图3（A）～（C）对应于图2（A），为虚像显示装置100的外观的主视图、背面侧立体图及侧视图。并且，图4（A）～（C）对应于图2（B），为虚像显示装置100的内部结构的的主视图、背面图及侧视图。图5对应于2（B）的左半部分，为将虚像显示装置100的第1显示装置100A侧部分放大的立体图。

如图示地，设置于虚像显示装置100的框架102为折弯为U字状的细长的板状的构件，具备延伸于左右的横向方向（X方向）的正面部102a和延伸于前后的进深方向（Z方向）的一对侧面部102b、102c。所谓框架102即正面部102a和侧面部102b、102c是以铝铸件及其他的各种金属材料形成的金属制的一体构件。正面部102a的进深方向（Z方向）的宽度比对应于第1及第2光学构件101a、101b的导光部20的厚度或宽度充分厚。在框架102的左侧方，具体地在作为从正面部102a中的左端部到侧面部102b的部分的侧方端部65a，第1光学构件101a和第1像形成主体部105a通过对准且螺钉固定而直接固定被支持。并且，在框架102的右侧方，具体地在作为从正面部102a中的右端部到侧面部102c的部分的侧方端部65b，第2光学构件101b和第2像形成主体部105b通过对准且螺钉固定而直接固定被支持。还有，第1光学构件101a和第1像形成主体部105b通过嵌合相互对准，第2光学构件101b和第2像形成主体部105b通过嵌合相互对准。

在框架102，作为底缘状的构件或框状的构件，固定保护件108。保护件108的中央部108g通过嵌合及螺钉固定而固定于框架102的中央部102g。因此，如示于图4（B）地，在框架102的中央部102g，形成固定用的凹部102k，在凹部102k的中央形成螺纹孔。保护件108为折弯为2段的曲轴状的细长的板状的构件，为以金属材料或树脂材料形成的一体构件。保护件108的进深方向（Z方向）的宽度为对应于第1及第2光学构件101a、101b的导光部20的厚度或宽度程度。保护件108的第1前端部108i相对于第1像形成主体部105a通过嵌合而固定，保护件108的第2前端部108j相对于第2像形成主体部105b通过嵌合而固定。更具体地，保护件108的第1前端部108i在嵌合于设置于覆盖第1像形成主体部105a的盖状的外装构件105d之中的外构件105e的凹部105i的状态下固定。并且，保护件108的第2前端部108j在嵌合于设置于覆盖第2像形成主体部105b的盖状的外装构件105d之中的外构件105e的凹部105j的状态下固定。

框架102不仅对第1及第2像形成主体部105a、105b进行支持，而且具有与外装构件105d联动对第1及第2像形成主体部105a、105b的内部进行保护的作用。保护件108具有对连接于第1及第2像形成主体部105a、105b的第1及第2光学构件101a、101b或导光部20的侧边部和／或下边部进行保护的功能。具体地，保护件108的纵向部分63a对导光部20的周围部分A0之中的内侧的侧边部从存在于使用环境下的周围的各种物体进行保护，保护件108的横向部分63b对导光部20的周围部分A0之中的下侧的下边部从存在于使用环境下的周围的各种物体进行保护。也就是说，只要框架102和／或保护件108具有充分的强度，则即使虚像显示装置100与周围的其他物体碰撞等，也能够降低在第1及第2像形成主体部105a、105b和／或第1及第2光学构件101a、101b尤其是在露出的导光部20中产生损伤和／或位置偏移的可能性。

在接近保护件108的中央部108g的一对纵向部分63a，分别形成垫状的鼻托构件108a。保护件108的纵向部分63a和横向部分63b与除了连接于第1及第2像形成主体部105a、105b的根基侧以外的导光部20的周围部分A0分离或松缓地抵接。还有，导光部20的周围部分A0与框架102的正面部102a也分离或松缓地抵接。如此地，导光部20虽然在除了根基侧以外的C字状的周围部分A0接近框架102及保护件108，但是并未固定于框架102及保护件108。因此，即使在中央的导光部20和包括框架102及保护件108的框状构件109之间存在热膨胀率之差，也允许导光部20在框状构件109内的膨胀，能够防止在导光部20产生畸变、变形、破损。

如示于图4（B）、图5等地，第1显示装置100A只要改变看法，则具备作为投影用的光学系统的投影透视装置70和形成图像光的图像显示装置80。投影透视装置70具有将通过第1像形成主体部105a形成的图像作为虚像投影于观看者的眼睛的功能。投影透视装置70具备导光及透视用的棱镜10、透视用的光透射构件50和成像用的投影透镜30。

如示于图6地，棱镜10和光透射构件50相互固定而成为一体的导光部20。在此，光透射构件50连接于棱镜10之中的光学下游的前端侧即射出侧或光射出侧的第1棱镜部分11地配置于其延伸方向，通过利用粘接剂的接合而固定于第1棱镜部分11，该棱镜10连接于光学意义上位于上游的投影透镜30。示于图5等的投影透视装置70之中的组合棱镜10及光透射构件50而成的导光部20相当于图1中的第1光学构件101a，投影透视装置70的投影透镜30和形成显示用的图像图形的图像显示装置80相当于图1中的第1像形成主体部105a。

参照图7（A）及7（B）等，关于第1显示装置100A向框架102的组装进行说明。构成第1像形成主体部105a的投影透镜30利用埋入于该镜筒39地形成的安装部39g而直接固定于设置于框架102的侧方端部65a的第1固定部61f。在如此的固定时，第1固定部61f的背面68f和安装部39g的上端面39f等抵接而达到对准，通过介由螺纹孔61s将螺钉61t拧入安装部39g而可以可靠且可以装拆地固定。此时，设置于镜筒39的凸部39x嵌合于框架102的毂孔61x而限制镜筒39的旋转也进行关于旋转的定位。另一方面，作为第1光学构件101a的导光部20利用形成于其颈部的突起状的安装部10g，直接固定于设置于框架102的侧方端部65a的第2固定部61e。安装部10g立设为，在导光部20的入射侧或光入射侧的部分具体地在第1棱镜部分11和第2棱镜部分12的边界周边向周围扩张。在如此的固定时，设置于第2固定部61e的前侧部分的抵接面68e和安装部10g的背面10k抵接而达到对准，通过介由螺纹孔10u将螺钉61v拧入螺纹孔61u而可以可靠且可以装拆地固定。此时，安装部10g的背面10k的周边部也抵接于第2固定部61e而增强对准。还有，示于图5等的图像显示装置80嵌入于投影透镜30的镜筒39的后端而固定。

导光部20通过棱镜10的第2棱镜部分12侧的前端部嵌合于设置于投影透镜30的镜筒39的前端侧且开口的矩形框状的卡止构件39a在相对于投影透镜30定位的状态下卡止。也就是说，在将设置于导光部20的棱镜10固定于框架102的第2固定部61e时，使第2棱镜部分12侧的前端部12j嵌合于镜筒39的卡止构件39a内地进行插入。此时，前端部12j的侧面12m与卡止构件39a的内面39m抵接而达到对准。

在框架102的正面部102a的下表面102m，如示于图7（B）地，作为停止器而设置槽状的限制部102n。在第1光学构件101a或导光部20的组装后，在限制部102n，在具有少许的间隙的游嵌状态下插入设置于导光部20的棱镜10的设置于上端部的突起状的肋10n。由此，能够对第1光学构件101a或导光部20的前端侧的位移关于框架102的进深方向（示于图2（B）的Z方向）进行限制。还有，因为导光部20的肋10n和框架102的限制部102n在左右的横向（X方向）延伸，肋10n和限制部102n并未紧贴或接合，所以可确保导光部20相对于框架102的非固定状态。也就是说，导光部20与保护件108稍微分离，即使在与保护件108的关系中也为非固定状态。由此，即使在导光部20和框架102之间存在热膨胀率之差，也允许导光部20相对于框架102的膨胀等。

通过直到以上为止的工序，能够得到框架102和投影透视装置70的组件（参照图2（B））。

一边参照图2（A）及2（B）等，一边关于外装构件105d向框架102的组装进行说明。首先，将外装构件105d之中的外构件105e固定于框架102及投影透视装置70等的组件。外构件105e通过与框架102和／或投影透镜30的嵌合、相对于投影透镜30的安装部39g的螺钉紧固等而固定。此时，使已经固定于框架102的投影机108的前端部108i、108j嵌合于形成于外构件105e的凹部105i进行固定。接下来，使内构件105f与嵌合于外构件105e，通过螺钉固定而固定于外构件105e。由此，在夹在内构件105f和外构件105e之间的空间内收置构成第1像形成主体部105a的投影透镜30、图像显示装置80等和作为导光部20的一部分的第2棱镜部分12、框架102的侧面部102b、102c。也就是说，完成第1显示装置100A的组装。

还有，因为示于图1的第2显示装置100B具有与第1显示装置100A相同的结构，仅使第1显示装置100A左右对称地反转，所以关于第2显示装置100B的结构、功能、组装等的说明进行省略。

如示于图2（A）、图7（A）等地，镜腿部分104固定于孔102q，该孔102q设置于在框架102设置的一对侧面部102b、102c的前端。镜腿部分104和侧面部102b、102c的连接部能够具有合页结构，该情况下，镜腿部分104可以折叠。

参照图8，关于构成各显示装置100B、100A的投影透视装置70等的功能、工作等的详情进行说明。投影透视装置70之中的作为导光部20的一部分的棱镜10为俯视沿着脸部地弯曲的圆弧状的构件。棱镜10之中的第1棱镜部分11配置于靠近鼻子的中央侧也就是说光射出侧，作为具有光学功能的侧面，具有第1面S11、第2面S12和第3面S13；第2棱镜部分12配置于离开鼻子的周边侧也就是说光入射侧，作为具有光学功能的侧面，具有第4面S14、第5面S15和第6面S16。其中，第1面S11和第4面S14相邻，第3面13和第5面S15相邻，并在第1面S11和第3面S13之间配置第2面S12，在第4面S14和第5面S15之间配置第6面S16。

在棱镜10中，第1面S11为以平行于Z轴的射出侧光轴AXO为中心轴的自由曲面，第2面S12为以包括于平行于XZ面的基准面（图示的剖面）且相对于Z轴倾斜的光轴AX1为中心轴的自由曲面，第3面S13为以射出侧光轴AXO为中心轴的自由曲面。第4面S14为以包括于平行于XZ面的所述基准面且相对于Z轴倾斜的一对光轴AX3、AX4的2等分线为中心轴的自由曲面，第5面S15为以包括于平行于XZ面的所述基准面且相对于Z轴倾斜的一对光轴AX4、AX5的2等分线为中心轴的自由曲面，第6面S16为以包括于平行于XZ面的所述基准面且相对于Z轴倾斜的光轴AX5为中心轴的自由曲面。还有，以上的第1～第6面S11～S16夹着平行于水平（或横向）地延伸的XZ面且光轴AX1～AX5等通过的基准面（图示的剖面），关于铅垂（或纵向）的Y轴方向具有对称的形状。

棱镜10之中的棱镜主体10s以在可见光带域呈现高的光透射性的树脂材料形成，例如通过在金属模具内注入热塑性树脂使之固化而成型。还有，作为棱镜主体10s的材料，例如能够采用环烯聚合物等。虽然棱镜主体10s为一体成形品，但是棱镜10能够如所述地功能性分为第1棱镜部分11和第2棱镜部分12。第1棱镜部分11可以进行图像光GL的导波及射出，并使外界光HL可以透视。第2棱镜部分12可以进行图像光GL的入射及导波。

在第1棱镜部分11中，第1面S11作为使图像光GL向第1棱镜部分11外射出的折射面而起作用，并作为使图像光GL在内面侧全反射的全反射面而起作用。第1面S11配置于眼睛EY的正面，相对于观看者形成凹面形状。还有，第1面S11为通过在棱镜主体10s的表面实施的硬涂层27形成的面。

第2面S12为棱镜主体10s的表面，在该表面附有半透射半反射镜层15。该半透射半反射镜层15为具有光透射性的反射膜（即半透视半反射膜）。半透射半反射镜层（半透视半反射膜）15并非形成于第2面S12的整体，而是形成于以第2面S12为主关于沿着Y轴的铅垂方向变窄的部分区域PA上。半透射半反射镜层15在棱镜主体10s的基底面之中的部分区域PA上，通过使金属反射膜和／或电介质多层膜成膜而形成。半透射半反射镜层15对于图像光GL的反射率按容易透明地进行外界光的观看的观点，在假想的图像光GL的入射角范围内成为10%以上且50%以下。具体的实施例的半透射半反射镜层15对于图像光GL的反射率例如设定为20%，对于图像光GL的透射率例如设定为80%。

第3面S13作为使图像光GL在内面侧全反射的全反射面而起作用。第3面S13配置于眼睛EY的正面，与第1面S11同样地相对于观看者呈凹面形状，在通过第1面S11和第3面S13观看外界光HL时，视度基本为0。还有，第3面S13为通过在棱镜主体10s的表面实施的硬涂层27形成的面。

在第2棱镜部分12中，第4面S14作为使图像光GL在内面侧全反射的全反射面而起作用。还有，第4面S14为通过在棱镜主体10s的表面实施的硬涂层27形成的面。

在第2棱镜部分12中，第5面S15如已述地，通过在棱镜主体10s的表面上使以无机材料形成的光反射膜RM成膜而形成，作为反射面而起作用。

第6面S16作为使图像光GL入射于第2棱镜部分12内的折射面而起作用。还有，第6面S16为通过在棱镜主体10s的表面实施的硬涂层27形成的面。

光透射构件50如已述地与棱镜10一体地固定而成为1个导光部20。光透射构件50为辅助棱镜10的透视功能的构件（辅助棱镜），作为具有光学功能的侧面，具有第1透视面S51、第2透视面S52和第3透视面S53。在此，在第1透视面S51和第3透视面S53之间配置第2透视面S52。第1透视面S51位于使棱镜10的第1面S11延伸而成的曲面上，第2透视面S52为相对于该第2面S12通过粘接层CC接合而一体化的曲面，第3透视面S53位于使棱镜10的第3面S13延伸而成的曲面上。其中的第2透视面S52和棱镜10的第2面S12因为通过介由薄的粘接层CC的接合而一体化，所以具有基本相同的曲率的形状。

光透射构件（辅助棱镜）50在可见光带域呈现高的光透射性，光透射构件50的主体部分以具有与棱镜10的棱镜主体10s基本相同的折射率的热塑性树脂材料形成。还有，光透射构件50是在使主体部分接合于棱镜10的棱镜主体10s之后，在接合的状态下与棱镜主体10s一起进行通过硬涂层产生的成膜而形成的。也就是说，光透射构件50与棱镜10相同，在主体部分的表面实施有硬涂层27。第1透视面S51和第3透视面S53为通过在主体部分的表面实施的硬涂层27形成的面。

图像显示装置80具有射出2维的照明光SL的照明装置81、作为透射型的空间光调制装置的图像显示元件82和对照明装置81及图像显示元件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、蓝的3色的光的光源81a和使来自光源81a的光漫射而成为矩形剖面的光束的背光导光部81b。图像显示元件82例如为以液晶显示器件形成的图像元件，对来自照明装置81的照明光SL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。驱动控制部84具备光源驱动电路84a和液晶驱动电路84b。光源驱动电路84a向照明装置81的光源81a供给电力而使稳定的辉度的照明光SL射出。液晶驱动电路84b通过相对于图像显示元件（图像元件）82输出图像信号或驱动信号，作为透射率图形形成成为动态图像和／或静止图像的本源的彩色的图像光。还有，虽然能够使液晶驱动电路84b具有图像处理功能，但是也能够使外置的控制电路具有图像处理功能。

以下，关于虚像显示装置100中的图像光GL等的光路进行说明。从图像显示元件（图像元件）82射出的图像光GL一边通过投影透镜30会聚，一边入射于设置于棱镜10的具有比较强的正的折射力的第6面S16。

通过棱镜10的第6面S16的图像光GL一边会聚一边传播，在经由第2棱镜部分12时，以具有比较弱的正的折射力的第5面S15反射，并以具有比较弱的负的折射力的第4面S14反射。

以第2棱镜部分12的第4面S14反射的图像光GL在第1棱镜部分11中，入射于具有比较弱的正的折射力的第3面S13而全反射，并入射于具有比较弱的负的折射力的第1面S11而全反射。还有，图像光GL在通过第3面S13的前后，在棱镜10中形成中间像。该中间像的像面II对应于图像显示元件82的像面OI。

虽然以第1面S11全反射的图像光GL入射于第2面S12，但是尤其是入射于半透射半反射镜层15的图像光GL一边部分性地透射该半透射半反射镜层15一边部分性地反射而再次入射并通过第1面S11。还有，半透射半反射镜层15相对于在此反射的图像光GL具有比较强的正的折射力而起作用。并且，第1面S11相对于通过其的图像光GL具有负的折射力而起作用。

通过第1面S11的图像光GL作为基本平行光束入射于观看者的眼睛EY的瞳孔。也就是说，观看者通过作为虚像的图像光GL，观看形成于图像显示元件（图像元件）82上的图像。

另一方面，虽然外界光HL之中的入射于比棱镜10的第2面S12靠－X侧的光通过第1棱镜部分11的第3面S13和第1面S11，但是此时，正负的折射力抵消并校正像差。也就是说，观看者隔着棱镜10观看失真少的外界像。同样地，外界光HL之中的入射于比棱镜10的第2面S12靠＋X侧的光也就是说入射于光透射构件50的光在通过设置于此的第3透视面S53和第1透视面S51时，正负的折射力抵消并校正像差。也就是说，观看者隔着光透射构件50观看失真少的外界像。而且，外界光HL之中的入射于光透射构件50的对置于棱镜10的第2面S12的重叠部分的光在通过第3透视面S53和第1面S11时，正负的折射力抵消并校正像差。也就是说，观看者隔着光透射构件50观看失真少的外界像。还有，棱镜10的第2面S12和光透射构件50的第2透视面S52不仅都具有基本相同的曲面形状，而且都具有基本相同的折射率，两者的间隙以基本相同的折射率的粘接层CC填充。也就是说，棱镜10的第2面S12和／或光透射构件50的第2透视面S52相对于外界光HL并不作为折射面而起作用。

但是，因为入射于半透射半反射镜层15的外界光HL一边部分性地透射该半透射半反射镜层15一边部分地反射，所以从对应于半透射半反射镜层15的方向朝向眼睛EY的外界光HL按半透射半反射镜层15的透射率而减弱。另一方面，因为图像光GL从对应于半透射半反射镜层15的方向朝向眼睛EY入射，所以观看者在半透射半反射镜层15的方向与形成于图像显示元件（图像元件）82上的图像一起观看外界像。

虽然在棱镜10内传播而入射于第2面S12的图像光GL之中的未以半透射半反射镜层15反射的光入射于光透射构件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其返回到棱镜10。也就是说，可防止通过第2面S12的图像光GL返回到光路上而成为杂散光。并且，虽然从光透射构件50侧入射而以半透射半反射镜层15反射的外界光HL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其射出于棱镜10。也就是说，可防止以半透射半反射镜层15反射的外界光H返回到光路上而成为杂散光。

如根据以上的说明表明地，根据第1实施方式的虚像显示装置100，因为光学构件101a、101b或导光部20在作为周围的一处的安装部10g中直接固定于框架102，所以导光装置20的固定变得简易，容易使虚像显示装置100轻量化，并且通过框架102产生的导光装置20的支持强度也会提高。而且，因为光学构件101a、101b或导光部20在除了安装部10g以外的剩余的周围部分A0中相对于框架102及保护件108为非固定状态，所以即使在导光部20和框架102等之间存在热膨胀率之差，也允许导光部20相对于框架102等的膨胀，能够防止在光学构件101a、101b或导光部20产生畸变、变形、破损。

并且，根据本实施方式的虚像显示装置100，保护件108覆盖光学构件101a、101b或导光部20的周围之中的除了固定于框架102的安装部10g以外的周围部分A0的至少一部分地进行保护。也就是说，通过框架102和保护件108能够包围光学构件101a、101b或导光部20的周围而覆盖地进行保护。由此，能够提高如使虚像显示装置100落下的情况地对于来自随机的方向的强的冲击的耐久性。

第2实施方式

以下，关于第2实施方式的虚像显示装置进行说明。还有，本实施方式的虚像显示装置为第1实施方式的虚像显示装置100的变形例，在并未特别进行说明的情况下，与示于图1等的虚像显示装置100相同。

以下，参照图9（A）及图9（B），关于本实施方式的虚像显示装置200进行说明。如图示地，本实施方式的虚像显示装置200具备可以透视地覆盖观看者的眼前的第1及第2光学构件201a、201b、对两光学构件201a、201b进行支持的框架102、固定于从框架102的左右两端到后方的部分的第1及第2驱动部205a、205b和射出被2维地扫描的信号光的第1及第2图像元件206a、206b。使在附图中左侧的第1光学构件201a和第1驱动部205a和第1图像元件206a组合而成的第1显示装置100A为形成右眼用的虚像的部分，即使单独也作为虚像显示装置而起作用。并且，使在附图中右侧的第2光学构件201b和第2驱动部205b和第2图像元件206b组合而成的第2显示装置100B为形成左眼用的虚像的部分，仅使第1显示装置100A的左右反转，具有与第1显示装置100A相同的功能。

在第1显示装置100A中，第1图像元件206a形成已强度调制的信号光并作为扫描光TL而射出该信号光。第1光学构件201a为通过对来自第1图像元件206a的扫描光TL进行反射而形成图像光GL的被照射构件，具有将如此的图像光GL导至眼睛EY的功能。第1驱动部205a具有对于第1图像元件206a介由未图示的光纤等供给照明光的光源和包括使第1图像元件206a等工作的控制电路等的主体部分280。

第1图像元件206a组装于鼻托构件108a，相对于框架102间接地固定。第1图像元件206a具有对来自主体部分280的照明光基于控制信号进行调制的信号光调制部281和一边使经由信号光调制部281的信号光进行扫描一边射出的扫描光学系统282。在此，扫描光学系统282以MEMS镜等构成，通过同步于通过信号光调制部281进行的信号光的调制使姿态变化，进行通过对信号光的光路进行调整使向第1光学构件201a的内面的光线（扫描光TL）的射出角度纵横地变化的2维扫描。

第1光学构件201a配置为，覆盖第1图像元件206a的前方或在光射出方向覆盖配戴者的眼睛EY的前方。第1光学构件201a具有作为接受扫描光的照射的半透视膜的半透视半反射膜285和对半透视半反射膜285进行支持固定的支持构件286。由此，不仅通过图像光GL产生的虚像进入配戴者的眼睛EY，来自外界的光也进入配戴者的眼睛EY，虚像显示装置200为可以重叠地观看双方的透明的构成。还有，半透视半反射膜285既能够为半透射半反射镜，也能够为全息图及其他的衍射型的光学元件。

第1光学构件201a虽然并非如第1实施方式的第1光学构件101a的内部传播型的导光部，但是与第1实施方式的情况同样地具有覆盖眼前的薄的椭圆形状，并在作为外周的一部分的周围部分A0具有安装部10g和肋10n。

关于第1光学构件201a向框架102的组装进行说明。第1光学构件201a利用形成于周围部分A0的突起状的安装部10g，直接固定于设置于位于框架102的侧方的侧方端部65a的第2固定部61e，相对于第1图像元件206a等成为对准的状态。在框架102，作为停止器而设置槽状的限制部102n。在第1光学构件201a的组装后，在限制部102n，在具有微小的间隙的游嵌状态下插入设置于第1光学构件201a的上端部的突起状的肋10n。由此，能够对第1光学构件201a的前端侧的位移关于框架102的进深方向进行限制。还有，第1光学构件201a之中的除了安装部10g以外的部分与框架102及保护件108稍微分离，在与框架102和保护件108的关系中成为非固定状态。

以下，关于图像形成的工作进行说明。首先，第1图像元件206a之中的信号光调制部281形成并射出对应于构成图像的像素的辉度对照明光进行了调制的信号光。从信号光调制部281射出的信号光入射于作为扫描部的扫描光学系统282入射。扫描光学系统282以信号光为扫描光TL朝向第1光学构件201a射出。在第1光学构件201a中，通过使扫描光TL入射，通过在此的作为反射光的图像光GL形成虚像，通过观看者以眼睛EY捕捉该虚像，观看图像。

以上，虽然就实施方式对本实用新型进行了说明，但是本实用新型并不限于所述的实施方式，在不脱离其主旨的范围可以在各种方式下实施，例如也可以为如下的变形。

虽然在所述第1实施方式中，框架102和投影透镜30是分体的，通过螺钉固定将投影透镜30固定于框架102，但是也能够将投影透镜30的镜筒39与框架102一体成型。作为将镜筒39与框架102一体成型的方法，存在外部成型、模铸一体成形后的镜筒部切削等的方法。

关于导光装置20或投影透镜30，并不限于通过螺钉紧固进行的紧固，能够以各种方法固定于框架102。

虽然在以上的说明中，在框架102安装保护件108，但是关于保护件108能够将其进行省略。该情况下，既能够将示于图5（B）等的框架102维持为原来的形状不变，在框架102的中央部102g连接设置有鼻托构件108a的辅助构件，也能够预先准备一体地设置有辅助构件的框架102。如此的辅助构件与保护件108的纵向部分63a同样地可用作对导光部20进行保护的构件。还有，也能够一体地制作框架102和保护件108。

虽然在以上的说明中，作为第1光学构件201a的导光部20等在悬臂状态下支持于框架102侧，但是能够对导光部20通过框架102和／或保护件108从周围进行支持。此时，优选：在框架102和／或保护件108设置允许导光部20的相对的伸缩的构件或机构。

虽然在所述第1实施方式中，在棱镜10的光入射侧配置投影透镜30，但是也能够省略投影透镜30，而使棱镜10自身具有成像功能。并且，也能够代替投影透镜30而配置具有成像功能的其他的棱镜10。

虽然在所述的说明中，在框架102设置限制部102n，但是也可以代替之或者与其同时，在保护件108设置用于防止棱镜10的变形、晃动等的同样的限制部。

虽然在所述第1实施方式中，在投影透镜30的镜筒39设置可以与导光部20卡止的卡止构件39a，但是能够在导光部20侧设置例如夹持镜筒39地与镜筒39嵌合的卡止构件。

虽然在所述第1实施方式中，半透射半反射镜层（半透射半反射膜）15形成为横长的矩形区域，但是半透射半反射镜层15的轮廓能够相应于用途及其他的使用而适当变更。并且，半透射半反射镜层15的透射率和／或反射率也能够相应于用途及其他的使用而变更。

虽然在所述第1实施方式中，半透射半反射镜层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，半透射半反射镜层15能够替换为平面或曲面的全息元件。

虽然在所述第1实施方式中，并未特别调整图像显示元件82中的显示辉度的分布，但是在根据位置产生辉度差的情况等下，能够对显示辉度的分布不均匀地进行调整。

虽然在所述第1实施方式中，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图像显示元件82，但是作为图像显示装置80，并不限于包括透射型的液晶显示器件等的图像显示元件82而可以利用各种元件。例如，也可以为采用反射型的液晶显示器件的构成，也能够代替包括液晶显示器件等的图像显示元件82而采用数字微镜器件等。并且，作为图像显示装置80，能够采用由LED阵列和／或OELD（有机EL）等代表的自发光型元件。

虽然在所述第1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，但是也可以代替其而采用扫描型的图像显示装置。

具体地如示于图10，作为虚像显示装置的第1显示装置100A具备导光部20和图像显示装置380。导光部20与作为第1实施方式进行了说明的相同，在此将说明进行省略。另一方面，图像显示装置380相当于第2实施方式的第1图像元件206a，具有信号光形成部381和扫描光学系统282。信号光形成部381也具备光源，形成并射出信号光LL。扫描光学系统282通过一致于信号光形成部381的调制使MEMS镜的姿态变化而对光路进行调整，使应当成为图像光GL的扫描光TL入射于导光部20并对第2面S12之中的形成半透射半反射镜层15的部分区域的整体进行扫描。若关于图示的第1显示装置100A的工作进行说明，则从图像显示装置380之中的信号光形成部381射出的信号光LL入射于扫描光学系统282。扫描光学系统282以信号光LL为扫描光TL朝向导光部20的第6面S16射出。导光部20使通过第6面S16的扫描光TL通过全反射等在内部导光，到达半透射半反射镜层15。此时，通过扫描光TL在半透射半反射镜层15的面上扫描，通过作为扫描光TL的轨迹的图像光GL形成虚像，通过配戴者以眼睛EY捕捉该虚像，观看图像。还有，在图示的情况下，导光装置20之中的作为光入射面的第6面S16相对于扫描光TL的光轴成为垂直的平面。并且，第5面S15及第4面S14也成为平面。

虽然在所述的说明中，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，但是也能够为单个的显示装置。也就是说，也可以构成为，并非对应于右眼及左眼的双方，每次设置一组投影透视装置70及图像显示装置80，而是仅对于右眼或左眼的任一方而设置投影透视装置70及图像显示装置80，以单眼观看图像。该情况下，框架102和／或镜腿部分104虽然也能够如例如示于图1等原封不动地成为左右对称地配置的形状，但是关于对显示装置并未进行支持侧的框架部分，也能够成为在耳朵以外固定的不同的形状。

虽然在所述的说明中，关于一对显示装置100A、100B的X方向的间隔并未进行说明，但是两显示装置100A、100B的间隔并不限于固定，可以通过机械机构等进行间隔的调整。也就是说，如果在框架102设置伸缩机构等，则能够对两显示装置100A、100B的X方向的间隔相应于配戴着的眼宽等进行调整。

虽然在所述第1实施方式中，在棱镜10的第1面S11及第3面S13中，在表面上不施加镜和／或半透射半反射镜通过与空气的界面使图像光全反射而导引，但是关于本申请实用新型的虚像显示装置100中的全反射，也包括在第1面S11或第3面S13上的整体或一部分形成镜涂层和／或半透射半反射膜而进行的反射。例如，也包括如下情况：在图像光的入射角度满足全反射条件的基础上，在所述第1面S11或第3面S13上的整体或一部分实施镜涂层等，实质上对全部的图像光进行反射。并且，如果可得到充分的明亮度的图像光，则也可以通过多少存在透射性的镜涂敷第1面S11或第3面S13的整体或一部分。

虽然在所述的说明中，棱镜10等在眼睛EY的排列的横向方向延伸，但是也能够将棱镜10配置为，在纵向方向延伸。该情况下，导光棱镜10例如通过在上部的悬臂状态支持。

Claims (22)

1.一种虚像显示装置，其特征在于： 

使观看者将图像观看为虚像； 

具备图像元件、光学构件和框架， 

所述光学构件使来自所述图像元件的光朝向观看者的眼睛而使图像被观看， 

所述框架对所述图像元件和所述光学构件进行支持，使得所述光学构件配置于观看者的眼前； 

所述光学构件在作为周围的一处的安装部中直接固定于所述框架，在除了所述安装部以外的周围部分中相对于所述框架为非固定状态。 

2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述光学构件使来自所述图像元件的图像反射而导至观看者的眼睛。 

3.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述光学构件具有一边使来自作为所述图像元件的图像显示元件的图像的光在内部反射一边导至观看者的眼睛的棱镜状的导光部。 

4.根据权利要求3所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述安装部设置于所述导光部之中的入射侧的部分。 

5.根据权利要求4所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述安装部固定于所述框架的侧方。 

6.根据权利要求3～5中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述框架具有对包括所述图像显示元件的像形成主体部进行固定的第1固定部和对所述导光部进行固定的第2固定部。 

7.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述像形成主体部螺钉固定于所述第1固定部，所述导光部螺钉固定于所述第2固定部。 

8.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述像形成主体部具有通过与所述导光部抵接而卡止该导光部的卡止 部。 

9.根据权利要求8所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述像形成主体部具有使来自所述图像显示元件的图像的光成像于所述导光部的投影透镜。 

10.根据权利要求6所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述像形成主体部具有固定于所述框架的盖状的外装构件。 

11.根据权利要求3～5、7～9中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述导光部具有对图像的光进行导光并使外界的光可以透视的棱镜和连接于该棱镜而补偿外界的光的透视功能的光透射构件。 

12.根据权利要求2所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述图像元件射出2维扫描的信号光，所述光学构件使来自所述图像显示元件的光反射而导至观看者的眼睛。 

13.根据权利要求1～5、7～9、12中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述框架具有对所述光学构件的位移关于预定方向进行限制的限制部。 

14.根据权利要求13所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述限制部对所述光学构件的位移关于所述框架的进深方向进行限制。 

15.根据权利要求1～5、7～9、12、14中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于： 

进一步具备固定于所述框架并对所述光学构件的周围之中的除了所述安装部以外的周围部分的至少一部分进行保护的保护件。 

16.根据权利要求15所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述框架和所述保护件以金属材料形成。 

17.根据权利要求1～5、7～9、12、14、16中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述框架将一对图像元件和一对光学构件对称地固定及支持于侧方。 

18.一种虚像显示装置，其特征在于： 

使观看者将图像观看为虚像； 

具备图像元件、光学构件、框架和保护件， 

所述光学构件使来自所述图像元件的光朝向观看者的眼睛而使图像被观看， 

所述框架对所述图像元件和所述光学构件进行支持，使得所述光学构件配置于观看者的眼前， 

所述保护件，其连接于所述框架并且保护所述光学构件周围之中的除了固定于所述框架的安装部以外的周围部分的至少一部分。 

19.根据权利要求18所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述光学构件具有一边使来自作为所述图像元件的图像显示元件的图像的光在内部反射一边导至观看者的眼睛的棱镜状的导光部。 

20.根据权利要求18或19所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述光学构件相对于所述保护件为非固定状态。 

21.根据权利要求18或19所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述保护件为细长地延伸的框状的构件。 

22.根据权利要求18或19所述的虚像显示装置，其特征在于： 

所述保护件直接或间接地固定于所述框架的中央部和侧方。