JP2017163579A - Virtual image display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a virtual image display device capable of enhancing support strength of an image light generating device while achieving weight reduction.SOLUTION: Direct fixation of a light guide part 20 to a frame 102 at a fitting part 10g being one location on the periphery facilitates fixation of the light guide part 20, makes weight reduction of a virtual image display device 100 easy, and enhances support strength of the light guide part 20 by the frame 102. Further, because the light guide part 20 is unfixed to the frame on the residual periphery part A0 except for the fitting part 10g, even when there is difference of thermal expansivity between the light guide part 20 and the frame 102, the frame 102 tolerates expansion of the light guide part 20, thereby preventing generation of distortion, deformation, and damage on the light guide part 20.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、映像を虚像として観察者に提示する虚像表示装置に関し、特に観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに好適な虚像表示装置に関する。   The present invention relates to a virtual image display device that presents an image as a virtual image to an observer, and more particularly to a virtual image display device suitable for a head-mounted display that is worn on the observer's head.

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも言う)等の虚像表示装置に組み込まれる光学系として様々なものが提案されている(例えば特許文献1、2等参照)。   Various optical systems have been proposed as an optical system incorporated in a virtual image display device such as a head-mounted display (hereinafter also referred to as an HMD) that is worn on the observer's head (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

HMD等の虚像表示装置については、小型化及び軽量化を進展させることと、画質を低下させないで広画角化を達成することとが望まれている。また、観察者の視界を全て覆ってしまい、映像光のみが見える状態にしてしまうと、観察者に外界の状態が判らず、不安を与えてしまう。むしろ、外界と映像を重ねて見せることによって、仮想現実の様な新しい用途が生み出される。このため、外界の視界を妨げず、映像光を重ねて表示するディスプレイが望まれている。さらに、観察者の装着感を向上させ、見た目のフォルムを良くするためには、一般には眼鏡の形態に近づくことが望ましい。   With respect to virtual image display devices such as HMDs, it is desired to make them smaller and lighter and to achieve a wide angle of view without degrading image quality. Further, if the entire field of view of the observer is covered and only the image light can be seen, the state of the outside world is not known to the observer, which causes anxiety. Rather, by overlaying the image with the outside world, new uses such as virtual reality are created. For this reason, there is a demand for a display that displays video light in an overlapping manner without obstructing the visual field of the outside world. Furthermore, in order to improve the wearing feeling of the observer and improve the appearance, it is generally desirable to approximate the form of glasses.

以上の状況を考慮して、例えば観察者の眼前にシースルーで配置される導光部によって虚像表示装置を構成し、かかるシースルー型の導光部を介して画像表示素子からの映像光を観察者の眼に導くことが考えられる。この種の虚像表示装置において、導光部を眼前に支持する必要があり、例えば画像光発生装置と導光板とをそれぞれ含む一対の画像表示装置を結合部材に固定し、この結合部材を眼鏡フレームに類似するフレームの背後に固定している(特許文献1参照)。   Considering the above situation, for example, a virtual image display device is configured by a light guide unit arranged in a see-through manner in front of the observer's eyes, and image light from the image display element is transmitted to the observer through the see-through light guide unit. It is thought that it leads to the eyes. In this type of virtual image display device, it is necessary to support the light guide unit in front of the eye. For example, a pair of image display devices each including an image light generation device and a light guide plate are fixed to a coupling member, and the coupling member is attached to the spectacle frame. It is fixed behind the frame similar to (see Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1等に記載の虚像表示装置では、フレームとは別に結合部材を設けて画像表示装置を支持するので、構造が複雑化し、結合部材による画像表示装置の支持強度を高めれば重量が増し、結合部材等を軽量化すると画像表示装置の支持強度が低下しやすくなる。   However, in the virtual image display device described in Patent Document 1 or the like, since the coupling member is provided separately from the frame to support the image display device, the structure becomes complicated, and the weight is increased if the supporting strength of the image display device by the coupling member is increased. In addition, if the weight of the coupling member or the like is reduced, the support strength of the image display device is likely to be lowered.

特開2011−2753号公報JP2011-27543A 特開2010−145859号公報JP 2010-145859 A

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、軽量化を図りつつ画像表示用の装置の支持強度を向上させることができる虚像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a virtual image display device capable of improving the support strength of an image display device while reducing the weight.

上記目的を達成するため、本発明に係る第1の虚像表示装置は、映像を虚像として観察者に視認させる虚像表示装置であって、映像素子と、映像素子からの光を観察者の眼に向けて画像を視認させる光学部材と、光学部材が観察者の眼前に配置されるように映像素子と光学部材とを支持するフレームとを備え、光学部材は、周囲の一箇所である取付部においてフレームに直接固定され、取付部を除く周囲部分においてフレームに対して非固定状態になっている。つまり、光学部材は、片持ち状態で支持され或いは局所的な締結その他の固定によって支持されている。   In order to achieve the above object, a first virtual image display device according to the present invention is a virtual image display device that allows an observer to visually recognize an image as a virtual image, and the image element and the light from the image element are given to the observer's eyes. An optical member for visually recognizing an image, and a frame that supports the image element and the optical member so that the optical member is arranged in front of the observer's eyes. It is directly fixed to the frame, and is not fixed to the frame in the peripheral portion except the mounting portion. That is, the optical member is supported in a cantilever state or supported by local fastening or other fixing.

上記第1の虚像表示装置では、光学部材が周囲の一箇所である取付部においてフレームに直接固定されるので、光学部材の固定が簡易になり、締結部及び部品点数が減少して小型化が容易になるとともに虚像表示装置を軽量化しやすくなり、フレームによる光学部材の支持強度も向上する。さらに、光学部材が取付部を除く周囲部分においてフレームに対して非固定状態になっているので、光学部材とフレームとの間に熱膨張率の差があっても、フレームに対して光学部材の膨張が許容され、光学部材に歪み、変形、破損が生じることを防止できる。   In the first virtual image display device, since the optical member is directly fixed to the frame at the mounting portion which is one place around the optical member, the fixing of the optical member is simplified, the fastening portion and the number of parts are reduced, and the size is reduced. This makes it easy to reduce the weight of the virtual image display device, and improves the support strength of the optical member by the frame. Furthermore, since the optical member is not fixed to the frame in the peripheral portion excluding the mounting portion, even if there is a difference in thermal expansion coefficient between the optical member and the frame, the optical member Expansion is allowed, and it is possible to prevent the optical member from being distorted, deformed, or damaged.

本発明の具体的な側面では、上記第1の虚像表示装置において、光学部材が映像素子からの映像を反射させて観察者の眼に導く。   In a specific aspect of the present invention, in the first virtual image display device, the optical member reflects the image from the image element and guides it to the eyes of the observer.

本発明の別の具体的な側面では、光学部材が、映像素子である映像表示素子からの映像の光を内部で反射させつつ観察者の眼に導くプリズム状の導光部を有する。この場合、導光部が比較的重くなる傾向が生じるが、取付部を利用したフレームへの直接的な固定により、導光部の光学的特性を劣化させないで導光部を精密に配置することができる。   In another specific aspect of the present invention, the optical member has a prism-shaped light guide that guides the light of the image from the image display element, which is an image element, to the eyes of the observer while internally reflecting. In this case, the light guide section tends to be relatively heavy, but the light guide section is precisely arranged without deteriorating the optical characteristics of the light guide section by direct fixing to the frame using the mounting section. Can do.

本発明のさらに別の側面では、取付部が導光部のうち入射側の部分に設けられている。この場合、導光部のうち映像表示素子に近い部分がフレームに固定されることになり、映像表示素子と導光部とのアライメントが容易になる。また、導光部のうち射出側の部分が開放され、観察者の眼の周辺に固定機構を設けなくなるので、視野の妨げとなる部品の配置を抑えることができ外観の自由度を高めることができる。   In still another aspect of the present invention, the attachment portion is provided in a portion on the incident side of the light guide portion. In this case, the portion near the video display element in the light guide is fixed to the frame, and the alignment between the video display element and the light guide becomes easy. Moreover, since the exit side portion of the light guide is opened and no fixing mechanism is provided around the observer's eyes, it is possible to suppress the placement of parts that obstruct the field of view and increase the degree of freedom in appearance. it can.

本発明のさらに別の側面では、取付部がフレームの側方に固定されている。この場合、導光部は、横側からの片持ち状態で支持され、映像表示素子は、フレームの側方周辺に取り付けられる。   In still another aspect of the present invention, the attachment portion is fixed to the side of the frame. In this case, the light guide is supported in a cantilevered state from the side, and the video display element is attached to the side periphery of the frame.

本発明のさらに別の側面では、フレームは、映像表示素子を含む像形成本体部を固定する第1固定部と、導光部を固定する第2固定部とを有する。この場合、像形成本体部と導光部とをフレームに個別に組み付けることができ、組み立ての作業性を高めることができる。   In still another aspect of the present invention, the frame includes a first fixing portion that fixes the image forming main body including the video display element, and a second fixing portion that fixes the light guide portion. In this case, the image forming main body portion and the light guide portion can be individually assembled to the frame, and the assembling workability can be improved.

本発明のさらに別の側面では、像形成本体部が第1固定部にネジ止めされ、導光部が第2固定部にネジ止めされる。この場合、組み立ての作業性を犠牲にすることなく像形成本体部と導光部との取り付け強度を向上させることができる。   In still another aspect of the present invention, the image forming main body portion is screwed to the first fixing portion, and the light guide portion is screwed to the second fixing portion. In this case, the attachment strength between the image forming main body and the light guide can be improved without sacrificing assembly workability.

本発明のさらに別の側面では、像形成本体部が、導光部と当接することによって当該導光部を係止する係止部材を有する。この場合、像形成本体部と導光部とをフレームに個別に組み付ける作業性を確保しつつ、像形成本体部と導光部との配置関係も精密にアライメントすることができ、フレームの製造誤差等にも対応しやすくなり、虚像表示装置の性能向上に寄与する。   In still another aspect of the present invention, the image forming main body has a locking member that locks the light guide by contacting the light guide. In this case, it is possible to precisely align the positional relationship between the image forming main body and the light guide while ensuring the workability of assembling the image forming main body and the light guide separately to the frame, which may result in frame manufacturing errors. It contributes to the performance improvement of the virtual image display device.

本発明のさらに別の側面では、像形成本体部が、映像表示素子からの映像の光を導光部に結像させる投射レンズを有する。この場合、導光部内に中間像を形成して映像を観察することができ、映像表示素子等の大型化を回避しつつ映像表示素子等の配置の自由度を高めることができる。   In still another aspect of the invention, the image forming main body includes a projection lens that forms an image of the light of the image from the image display element on the light guide. In this case, it is possible to form an intermediate image in the light guide unit and observe the video, and to increase the degree of freedom in arranging the video display element and the like while avoiding the enlargement of the video display element and the like.

本発明のさらに別の側面では、像形成本体部がフレームに固定されたカバー状の外装部材を有する。この場合、像形成本体部の内部構造部を保護しつつ迷光の発生を抑制できる。   In still another aspect of the invention, the image forming main body has a cover-shaped exterior member fixed to the frame. In this case, generation of stray light can be suppressed while protecting the internal structure of the image forming main body.

本発明のさらに別の側面では、導光部が、映像の光を導光するとともに外界の光の透視を可能にするプリズムと、当該プリズムに連結され外界の光の透視機能を補う光透過部材とを有する。この場合、導光部を眼鏡のレンズ部に似た形状又は状態とすることができるので、視界を良好なものとでき、かつ、外観の自由度も高めることができる。   In still another aspect of the present invention, the light guide unit guides the light of the image and allows the outside light to be seen through, and the light transmitting member connected to the prism and supplementing the seeing function of the outside light. And have. In this case, since the light guide portion can have a shape or a state similar to the lens portion of the glasses, the field of view can be improved and the degree of freedom in appearance can be increased.

本発明のさらに別の側面では、映像素子が2次元的に走査される信号光を射出し、光学部材が映像素子からの光を反射させて観察者の眼に導く。   In still another aspect of the present invention, the image element emits signal light that is scanned two-dimensionally, and the optical member reflects the light from the image element and guides it to the eyes of the observer.

本発明のさらに別の側面では、フレームが光学部材の変位を所定方向に関して制限する制限部を有する。この場合、光学部材の好ましくない変位を抑制でき、光学部材に変形、歪み、破損等が生じることを防止できる。   In still another aspect of the present invention, the frame includes a limiting portion that limits the displacement of the optical member with respect to a predetermined direction. In this case, undesirable displacement of the optical member can be suppressed, and deformation, distortion, breakage, etc. of the optical member can be prevented.

本発明のさらに別の側面では、制限部が、光学部材の変位をフレームの奥行き方向に関して制限する。   In still another aspect of the present invention, the limiting unit limits the displacement of the optical member with respect to the depth direction of the frame.

本発明のさらに別の側面では、フレームに固定されるとともに、光学部材の周囲のうち取付部を除く周囲部分の少なくとも一部を保護するプロテクターをさらに備える。この場合、フレームとプロテクターとによって光学部材の周囲を囲むように保護することができ、虚像表示装置を落下させた場合のようにランダムな方向からの強い衝撃に対する耐久性を高めることができる。   According to still another aspect of the present invention, a protector is further provided that is fixed to the frame and protects at least a part of a peripheral portion of the periphery of the optical member excluding the attachment portion. In this case, the frame and the protector can protect the optical member so as to surround the periphery of the optical member, and the durability against a strong impact from a random direction can be enhanced as when the virtual image display device is dropped.

本発明のさらに別の側面では、フレームとプロテクターとは金属材料で形成されている。この場合、フレームとプロテクターとを高精度かつ高剛性とすることができ、映像表示素子と光学部材との組付けの信頼性を高めることができる。   In still another aspect of the present invention, the frame and the protector are formed of a metal material. In this case, the frame and the protector can be made highly accurate and rigid, and the reliability of the assembly of the video display element and the optical member can be improved.

本発明のさらに別の側面では、フレームが、一対の映像素子と一対の光学部材とを側方に対称に固定及び支持する。この場合、虚像表示装置を眼鏡型とすることができ、両眼に同一又は異なる映像を提供することができる。   In still another aspect of the present invention, the frame fixes and supports the pair of image elements and the pair of optical members symmetrically to the side. In this case, the virtual image display device can be a glasses type, and the same or different images can be provided to both eyes.

上記目的を達成するため、本発明に係る第2の虚像表示装置は、映像を虚像として観察者に視認させる虚像表示装置であって、映像素子と、前記映像素子からの光を観察者の眼に向けて画像を視認させる光学部材と、光学部材が観察者の眼前に配置されるように、映像表子と光学部材とを支持するフレームと、フレームに連結されるとともに、光学部材の周囲のうちフレームに固定される取付部を除く周囲部分の少なくとも一部を覆うように保護するプロテクターとを備える。   In order to achieve the above object, a second virtual image display device according to the present invention is a virtual image display device that allows an observer to visually recognize an image as a virtual image, and the image element and the light from the image element are viewed by an observer's eyes. An optical member for visually recognizing an image, a frame that supports the image member and the optical member so that the optical member is disposed in front of the observer's eyes, and a frame that is coupled to the frame and around the optical member. And a protector for protecting at least a part of the surrounding portion excluding the mounting portion fixed to the frame.

上記第2の虚像表示装置では、プロテクターが光学部材の周囲のうちフレームに固定される取付部を除く周囲部分の少なくとも一部を覆うように保護する。つまり、フレームとプロテクターとによって光学部材の周囲を囲んで覆うように保護することができる。これにより、虚像表示装置を落下させた場合のようにランダムな方向からの強い衝撃に対する耐久性を高めることができる。   In the second virtual image display device, the protector protects the optical member so as to cover at least a part of the peripheral portion of the periphery of the optical member excluding the attachment portion fixed to the frame. That is, the frame and the protector can be protected so as to surround and cover the periphery of the optical member. Thereby, durability against a strong impact from a random direction can be enhanced as when the virtual image display device is dropped.

本発明の具体的な側面では、上記第2の虚像表示装置において、光学部材は、映像素子である映像表示素子からの映像の光を内部で反射させつつ観察者の眼に導くプリズム状の導光部を有する。   In a specific aspect of the present invention, in the second virtual image display device, the optical member is a prism-shaped guide that guides the image light from the image display element, which is an image element, to the observer's eyes while internally reflecting the light. It has a light part.

本発明の別の具体的な側面では、光学部材がプロテクターに対して非固定状態になっている、この場合、光学部材とプロテクター等との間に熱膨張率の差があっても、光学部材の膨張が許容され、光学部材に変形、歪み、破損等が生じることを抑制できる。   In another specific aspect of the present invention, the optical member is in a non-fixed state with respect to the protector. In this case, even if there is a difference in thermal expansion coefficient between the optical member and the protector, the optical member Is allowed to expand, and deformation, distortion, breakage and the like of the optical member can be suppressed.

本発明のさらに別の側面では、プロテクターが細長く延びる枠状の部材である。この場合、プロテクターを軽量なものとでき、外観も眼鏡フレームの一部のように配置できるので、デザイン的な違和感をなくすことができる。   In still another aspect of the present invention, the protector is a frame-like member that extends elongated. In this case, the protector can be made lightweight, and the appearance can be arranged like a part of the spectacle frame, so that a sense of incongruity in design can be eliminated.

本発明の別の具体的な側面では、プロテクターがフレームの中央部と側方とに直接又は間接的に固定される。この場合、プロテクターをフレームに簡易に固定して一体化することができる。   In another specific aspect of the present invention, the protector is fixed directly or indirectly to the central part and the side of the frame. In this case, the protector can be simply fixed to the frame and integrated.

本発明の第1実施形態である虚像表示装置の外観を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the external appearance of the virtual image display apparatus which is 1st Embodiment of this invention. (A)は、虚像表示装置の全体を示す斜視図であり、(B)は、虚像表示装置から外装部材やプロテクターを取り除いた内部構造を示す斜視図である。(A) is a perspective view which shows the whole virtual image display apparatus, (B) is a perspective view which shows the internal structure which removed the exterior member and the protector from the virtual image display apparatus. (A)〜(C)は、実施形態の虚像表示装置の正面図、裏面側斜視図、及び側面図である。(A)-(C) are the front view, back surface side perspective view, and side view of a virtual image display device of an embodiment. (A)〜(C)は、内部構造の見える虚像表示装置の正面図、裏面図、及び側面図である。(A)-(C) are the front view, back view, and side view of a virtual image display device with which an internal structure can be seen. 虚像表示装置のうち第1表示装置の構造を説明するため外装部材等を取り除いた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which removed the exterior member etc. in order to demonstrate the structure of a 1st display apparatus among virtual image display apparatuses. (A)及び(B)は、第1表示装置に組み込まれている導光部又は光学部材の外観を説明する斜視図である。(A) And (B) is a perspective view explaining the external appearance of the light guide part or optical member incorporated in the 1st display apparatus. (A)及び(B)は、虚像表示装置のうち導光部及び投射レンズのフレームへの固定方法を説明する分解斜視図である。(A) And (B) is an exploded perspective view explaining the fixing method to the flame | frame of a light guide part and a projection lens among virtual image display apparatuses. 虚像表示装置を構成する第1表示装置の上下に関する対称面における断面図である。It is sectional drawing in the symmetry plane regarding the upper and lower sides of the 1st display apparatus which comprises a virtual image display apparatus. (A)は、本発明の第2実施形態である虚像表示装置を説明する正面図であり、(B)は、虚像表示装置のうち第1表示装置の構造を説明する平面図である。(A) is a front view explaining the virtual image display apparatus which is 2nd Embodiment of this invention, (B) is a top view explaining the structure of a 1st display apparatus among virtual image display apparatuses. 変形例の虚像表示装置を説明する図である。It is a figure explaining the virtual image display apparatus of a modification.

〔第1実施形態〕
以下、図1等を参照しつつ、本発明に係る虚像表示装置の第1実施形態について詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the virtual image display device according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図1に示すように、本実施形態の虚像表示装置100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置100を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置100は、観察者の眼前を透視可能に覆う第1及び第2光学部材101a,101bと、両光学部材101a,101bを支持するフレーム102と、フレーム102の左右両端から後方のつる部分(テンプル)104にかけての部分に付加された第1及び第2像形成本体部105a,105bとを備える。ここで、図面上で左側の第1光学部材101aと第1像形成本体部105aとを組み合わせた第1表示装置100Aは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第2光学部材101bと第2像形成本体部105bとを組み合わせた第2表示装置100Bは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。   As shown in FIG. 1, the virtual image display device 100 according to the present embodiment is a head-mounted display having an appearance like glasses, and image light based on a virtual image is given to an observer or a user wearing the virtual image display device 100. Can be visually recognized, and the observer can visually recognize or observe the outside world image with see-through. The virtual image display device 100 includes first and second optical members 101a and 101b that cover the front of an observer so as to be seen through, a frame 102 that supports both optical members 101a and 101b, and a rear portion from both left and right ends of the frame 102. (Temple) 104 includes first and second image forming main body portions 105 a and 105 b added to the portion extending to 104. Here, the first display device 100A in which the first optical member 101a on the left side and the first image forming main body portion 105a in the drawing are combined is a portion that forms a virtual image for the right eye, and can be used alone as a virtual image display device. Function. Further, the second display device 100B in which the second optical member 101b on the right side in the drawing and the second image forming main body portion 105b are combined is a portion that forms a virtual image for the left eye, and functions alone as a virtual image display device. To do.

図2は、虚像表示装置100の外観と内部とを対比した図であり、図2(A)は、虚像表示装置100の全体を示し、図2(B)は、虚像表示装置100の内部構造を示している。なお、図3(A)〜3(C)は、図2(A)に対応するものであり、虚像表示装置100の外観の正面図、裏面側斜視図、及び側面図である。また、図4(A)〜4(C)は、図2(B)に対応するものであり、虚像表示装置100の内部構造の正面図、裏面図、及び側面図である。図5は、図2(B)の左半分に対応し、虚像表示装置100の第1表示装置100A側を部分的に拡大した斜視図である。   FIG. 2 is a diagram in which the appearance and the inside of the virtual image display device 100 are contrasted. FIG. 2A shows the entire virtual image display device 100, and FIG. 2B shows the internal structure of the virtual image display device 100. Is shown. 3A to 3C correspond to FIG. 2A and are a front view, a rear side perspective view, and a side view of the outer appearance of the virtual image display device 100. FIG. 4A to 4C correspond to FIG. 2B, and are a front view, a back view, and a side view of the internal structure of the virtual image display device 100. FIG. FIG. 5 corresponds to the left half of FIG. 2B and is a perspective view in which the first display device 100A side of the virtual image display device 100 is partially enlarged.

図示のように、虚像表示装置100に設けたフレーム102は、U字状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、左右の横方向(X方向)に延びる正面部102aと、前後の奥行き方向(Z方向)に延びる一対の側面部102b,102cとを備える。フレーム102、すなわち正面部102aと側面部102b,102cとは、アルミダイカストその他の各種金属材料で形成された金属製の一体部品である。正面部102aの奥行き方向(Z方向)の幅は、第1及び第2光学部材101a,101bに対応する導光部20の厚み又は幅よりも十分に厚いものとなっている。フレーム102の左側方、具体的には正面部102aにおける向かって左端部から側面部102bにかけての部分である側方端部65aには、第1光学部材101aと第1像形成本体部105aとがアライメントされネジ止めよって直接固定されることによって支持されている。また、フレーム102の右側方、具体的には正面部102aにおける向かって右端部から側面部102cにかけての部分である側方端部65bには、第2光学部材101bと第2像形成本体部105bとがアライメントされネジ止めによって直接固定されることによって支持されている。なお、第1光学部材101aと第1像形成本体部105aとは、嵌合によって互いにアライメントされ、第2光学部材101bと第2像形成本体部105bとは、嵌合によって互いにアライメントされる。   As shown in the figure, the frame 102 provided in the virtual image display device 100 is an elongated plate-like member bent in a U shape, and includes a front portion 102a extending in the left and right lateral direction (X direction) and the front and rear depth directions ( And a pair of side surface portions 102b and 102c extending in the Z direction). The frame 102, that is, the front surface portion 102a and the side surface portions 102b and 102c are metal integrated parts formed of aluminum die casting or other various metal materials. The width of the front portion 102a in the depth direction (Z direction) is sufficiently thicker than the thickness or width of the light guide portion 20 corresponding to the first and second optical members 101a and 101b. The first optical member 101a and the first image forming main body 105a are located on the left side of the frame 102, specifically, on the side end 65a that is a portion from the left end to the side surface 102b in the front portion 102a. It is supported by being aligned and fixed directly by screwing. The second optical member 101b and the second image forming main body 105b are provided on the right side of the frame 102, specifically, on the side end 65b, which is the portion from the right end to the side surface 102c toward the front 102a. Are supported by being aligned and fixed directly by screws. The first optical member 101a and the first image forming body 105a are aligned with each other by fitting, and the second optical member 101b and the second image forming body 105b are aligned with each other by fitting.

フレーム102には、アンダーリム状の部材又は枠状の部材として、プロテクター108が固定されている。プロテクター108の中央部108gは、フレーム102の中央部102gに嵌合及びネジ止めによって固定されている。このため、図4(B)に示すように、フレーム102の中央部102gには、固定用の凹部102kが形成され、凹部102kの中央にはネジ穴が形成されている。プロテクター108は、2段のクランク状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、金属材料又は樹脂材料で形成された一体部品である。プロテクター108の奥行き方向(Z方向)の幅は、第1及び第2光学部材101a,101bに対応する導光部20の厚み又は幅程度となっている。プロテクター108の第1先端部108iは、第1像形成本体部105aに対して嵌合によって固定され、プロテクター108の第2先端部108jは、第2像形成本体部105bに対して嵌合によって固定される。より具体的には、プロテクター108の第1先端部108iは、第1像形成本体部105aを覆うカバー状の外装部材105dのうち外部材105eに設けた凹部105iに嵌合した状態で固定される。また、プロテクター108の第2先端部108jは、第2像形成本体部105bを覆うカバー状の外装部材105dのうち外部材105eに設けた凹部105jに嵌合した状態で固定される。   A protector 108 is fixed to the frame 102 as an under rim-like member or a frame-like member. The central part 108g of the protector 108 is fixed to the central part 102g of the frame 102 by fitting and screwing. Therefore, as shown in FIG. 4B, a fixing recess 102k is formed in the central portion 102g of the frame 102, and a screw hole is formed in the center of the recess 102k. The protector 108 is an elongated plate-like member bent in a two-stage crank shape, and is an integral part formed of a metal material or a resin material. The width of the protector 108 in the depth direction (Z direction) is about the thickness or width of the light guide unit 20 corresponding to the first and second optical members 101a and 101b. The first tip 108i of the protector 108 is fixed to the first image forming main body 105a by fitting, and the second tip 108j of the protector 108 is fixed to the second image forming main body 105b by fitting. Is done. More specifically, the first distal end portion 108i of the protector 108 is fixed in a state of being fitted into a recess 105i provided in the outer member 105e of the cover-shaped exterior member 105d that covers the first image forming main body portion 105a. . Further, the second tip end portion 108j of the protector 108 is fixed in a state of being fitted into a recess 105j provided in the outer member 105e among the cover-shaped exterior member 105d that covers the second image forming main body portion 105b.

フレーム102は、第1及び第2像形成本体部105a,105bを支持するだけでなく、外装部材105dと協働して第1及び第2像形成本体部105a,105bの内部を保護する役割を有する。プロテクター108は、第1及び第2像形成本体部105a,105bに連結される第1及び第2光学部材101a,101b又は導光部20の側辺部や下辺部を保護する役割を有する。具体的には、プロテクター108の縦部分63aは、導光部20の周囲部分A0のうち内側の側辺部を使用環境下に存在する周囲の様々な物体から保護し、プロテクター108の横部分63bは、導光部20の周囲部分A0のうち下側の下辺部を使用環境下にある周囲の様々な物体から保護する。つまり、フレーム102やプロテクター108が十分な強度を有すれば、虚像表示装置100が周囲の他の物体と衝突等しても、第1及び第2像形成本体部105a,105bや第1及び第2光学部材101a,101b、特に露出する導光部20において損傷や位置ずれが発生する可能性を低減できる。   The frame 102 not only supports the first and second image forming main body portions 105a and 105b, but also protects the inside of the first and second image forming main body portions 105a and 105b in cooperation with the exterior member 105d. Have. The protector 108 has a role of protecting the first and second optical members 101a and 101b connected to the first and second image forming main body portions 105a and 105b or the side and lower sides of the light guide unit 20. Specifically, the vertical portion 63a of the protector 108 protects the inner side portion of the peripheral portion A0 of the light guide 20 from various surrounding objects existing in the use environment, and the horizontal portion 63b of the protector 108. Protects the lower part of the lower side of the peripheral part A0 of the light guide part 20 from various objects in the environment of use. That is, if the frame 102 and the protector 108 have sufficient strength, even if the virtual image display device 100 collides with other surrounding objects, the first and second image forming main body portions 105a and 105b and the first and second image forming main body portions 105a and 105b. 2 It is possible to reduce the possibility of occurrence of damage or misalignment in the optical members 101a and 101b, particularly the exposed light guide portion 20.

プロテクター108の中央部108gに近い一対の縦部分63aには、パッド状の鼻当て部材108aがそれぞれ形成されている。プロテクター108の縦部分63aや横部分63bは、第1及び第2像形成本体部105a,105bに連結される根元側を除いた導光部20の周囲部分A0と離間するか又は緩く接している。なお、導光部20の周囲部分A0は、フレーム102の正面部102aとも離間するか又は緩く接している。このように、導光部20は、根元側を除いたC字状の周囲部分A0でフレーム102及びプロテクター108に近接するが、フレーム102及びプロテクター108に固定されていない。このため、中央の導光部20と、フレーム102及びプロテクター108を含む枠状部材109との間に熱膨張率の差があっても、枠状部材109内での導光部20の膨張が許容され、導光部20に歪み、変形、破損が生じることを防止できる。   A pad-shaped nose pad member 108a is formed in each of the pair of vertical portions 63a close to the central portion 108g of the protector 108. The vertical portion 63a and the horizontal portion 63b of the protector 108 are separated from or loosely in contact with the peripheral portion A0 of the light guide portion 20 excluding the root side connected to the first and second image forming main body portions 105a and 105b. . The peripheral portion A0 of the light guide 20 is also separated from or loosely in contact with the front portion 102a of the frame 102. As described above, the light guide unit 20 is close to the frame 102 and the protector 108 at the C-shaped peripheral portion A0 excluding the base side, but is not fixed to the frame 102 and the protector 108. For this reason, even if there is a difference in thermal expansion coefficient between the central light guide 20 and the frame member 109 including the frame 102 and the protector 108, the light guide 20 is expanded in the frame member 109. It is allowed to prevent the light guide 20 from being distorted, deformed or damaged.

図4(B)、図5等に示すように、第1表示装置100Aは、見方を変えれば、投影用の光学系である投射透視装置70と、映像光を形成する画像表示装置80とを備える。投射透視装置70は、第1像形成本体部105aによって形成された画像を虚像として観察者の眼に投射する役割を有する。投射透視装置70は、導光及び透視用のプリズム10と、透視用の光透過部材50と、結像用の投射レンズ30とを備える。   As shown in FIG. 4B, FIG. 5, and the like, the first display device 100A includes a projection see-through device 70 that is a projection optical system and an image display device 80 that forms image light, if viewed differently. Prepare. The projection see-through device 70 has a role of projecting the image formed by the first image forming main body 105a as a virtual image onto the eyes of the observer. The projection see-through device 70 includes a light guide and see-through prism 10, a see-through light transmitting member 50, and an imaging projection lens 30.

図6に示すように、プリズム10と光透過部材50とは、互いに固定されて一体的な導光部20となっている。ここで、光透過部材50は、光学的に上流にある投射レンズ30に接続されるプリズム10のうち光学的に下流の先端側、すなわち射出側又は光射出側の第1プリズム部分11に連結するようにその延長方向に配置され、接着剤を利用した接合によって第1プリズム部分11に固定されている。図5等に示す投射透視装置70のうち、プリズム10及び光透過部材50を組み合わせた導光部20は、図1における第1光学部材101aに相当し、投射透視装置70の投射レンズ30と表示用の画像パターンを形成する画像表示装置80とは、図1における第1像形成本体部105aに相当する。   As shown in FIG. 6, the prism 10 and the light transmission member 50 are fixed to each other to form an integrated light guide 20. Here, the light transmitting member 50 is coupled to the first prism portion 11 on the optically downstream tip side, that is, the emission side or the light emission side, out of the prism 10 connected to the projection lens 30 optically upstream. The first prism portion 11 is fixed to the first prism portion 11 by bonding using an adhesive. In the projection fluoroscopic device 70 shown in FIG. 5 and the like, the light guide unit 20 in which the prism 10 and the light transmissive member 50 are combined corresponds to the first optical member 101a in FIG. The image display device 80 that forms the image pattern for use corresponds to the first image forming main body 105a in FIG.

図7(A)及び7(B)等を参照して、第1表示装置100Aのフレーム102への組付けについて説明する。第1像形成本体部105aを構成する投射レンズ30は、その鏡筒39に埋め込むように形成された取付部39gを利用してフレーム102の側方端部65aに設けた第1固定部61fに直接固定されている。このような固定の際、第1固定部61fの裏面68fと取付部39gの上端面39f等とが当接してアライメントが達成され、ネジ孔61sを介してネジ61tを取付部39gにねじ込むことで着脱可能で確実な固定が可能になる。この際、フレーム102のボス孔61xに鏡筒39に設けたボス39xが嵌合して鏡筒39の回転が規制され回転に関する位置決めも行われる。一方、第1光学部材101aである導光部20は、そのネック部に形成された突起状の取付部10gを利用して、フレーム102の側方端部65aに設けた第2固定部61eに直接固定されている。取付部10gは、導光部20の入射側又は光入射側の部分、具体的には第1プリズム部分11と第2プリズム部分12との境界周辺において周囲に拡張するように立設されている。このような固定の際、第2固定部61eの前側部分に設けた突当て面68eと取付部10gの裏面10kとが当接してアライメントが達成され、ネジ孔10uを介してネジ61vをネジ孔61uにねじ込むことで着脱可能で確実な固定が可能になる。この際、取付部10gの裏面10kの周辺部も第2固定部61eに当接してアライメントが補強される。なお、図5等に示す画像表示装置80は、投射レンズ30の鏡筒39の後端に嵌め込むようにして固定される。   With reference to FIGS. 7A and 7B, the assembly of the first display device 100A to the frame 102 will be described. The projection lens 30 constituting the first image forming main body portion 105 a is attached to a first fixing portion 61 f provided at the side end portion 65 a of the frame 102 using an attachment portion 39 g formed to be embedded in the lens barrel 39. Directly fixed. At the time of such fixing, the back surface 68f of the first fixing portion 61f and the upper end surface 39f of the mounting portion 39g come into contact with each other to achieve alignment, and the screw 61t is screwed into the mounting portion 39g through the screw hole 61s. Removable and secure fixing is possible. At this time, the boss 39x provided in the lens barrel 39 is fitted into the boss hole 61x of the frame 102, and the rotation of the lens barrel 39 is restricted, and positioning related to the rotation is also performed. On the other hand, the light guide portion 20 that is the first optical member 101a is attached to the second fixing portion 61e provided at the side end portion 65a of the frame 102 by using the protruding attachment portion 10g formed on the neck portion. Directly fixed. The mounting portion 10g is erected so as to extend to the periphery of the incident-side or light-incident-side portion of the light guide portion 20, specifically, around the boundary between the first prism portion 11 and the second prism portion 12. . At the time of such fixing, the abutting surface 68e provided at the front portion of the second fixing portion 61e and the back surface 10k of the mounting portion 10g come into contact with each other to achieve alignment, and the screw 61v is screwed through the screw hole 10u. By screwing into 61u, it is possible to attach and detach and secure. At this time, the peripheral portion of the back surface 10k of the mounting portion 10g is also brought into contact with the second fixing portion 61e to reinforce the alignment. The image display device 80 shown in FIG. 5 and the like is fixed so as to be fitted into the rear end of the lens barrel 39 of the projection lens 30.

導光部20は、プリズム10の第2プリズム部分12側の先端部12jが投射レンズ30の鏡筒39の前端側に設けられて開口する矩形枠状の係止部材39aに嵌合することで投射レンズ30に対して位置決めされた状態で係止される。つまり、導光部20に設けたプリズム10をフレーム102の第2固定部61eに固定する際に、第2プリズム部分12側の先端部12jを鏡筒39の係止部材39a内に嵌合するように挿入する。この際、先端部12jの側面12mが係止部材39aの内面39mとが当接してアライメントが達成される。   The light guide unit 20 is configured such that the distal end portion 12j of the prism 10 on the second prism portion 12 side is fitted to a rectangular frame-shaped locking member 39a provided on the front end side of the lens barrel 39 of the projection lens 30 and opened. The projection lens 30 is locked while being positioned. That is, when the prism 10 provided in the light guide 20 is fixed to the second fixing portion 61 e of the frame 102, the tip portion 12 j on the second prism portion 12 side is fitted into the locking member 39 a of the lens barrel 39. Insert like so. At this time, the side surface 12m of the distal end portion 12j contacts the inner surface 39m of the locking member 39a, thereby achieving alignment.

フレーム102の正面部102aの下面102mには、図7(B)に示すように、ストッパーとして溝状の制限部102nが設けられている。第1光学部材101a又は導光部20の組み付け後において、制限部102nには、導光部20に設けたプリズム10の上端部に設けた突起状のリブ10nが僅かな隙間を有する遊嵌状態で挿入される。これにより、第1光学部材101a又は導光部20の先端側の変位をフレーム102の奥行き方向(図2(B)に示すZ方向)に関して制限することができる。なお、導光部20のリブ10nとフレーム102の制限部102nとは、左右の横方向(X方向)に延びており、リブ10nと制限部102nとが密着又は接合されていないので、導光部20のフレーム102に対する非固定状態が確保されている。つまり、導光部20は、プロテクター108と僅かに離間しており、プロテクター108との関係でも非固定状態とされている。これにより、導光部20とフレーム102との間に熱膨張率の差があっても、フレーム102に対して導光部20の膨張等が許容される。   On the lower surface 102m of the front portion 102a of the frame 102, as shown in FIG. 7B, a groove-shaped limiting portion 102n is provided as a stopper. After assembly of the first optical member 101a or the light guide unit 20, the protruding portion 10n provided at the upper end of the prism 10 provided in the light guide unit 20 has a loose fit in the limiting unit 102n. Is inserted. Thereby, the displacement of the front end side of the first optical member 101a or the light guide unit 20 can be limited in the depth direction of the frame 102 (Z direction shown in FIG. 2B). The rib 10n of the light guide 20 and the restricting portion 102n of the frame 102 extend in the horizontal direction (X direction) on the left and right, and the rib 10n and the restricting portion 102n are not in close contact with or joined to each other. An unfixed state of the unit 20 with respect to the frame 102 is secured. That is, the light guide unit 20 is slightly separated from the protector 108 and is not fixed in relation to the protector 108. Thereby, even if there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the light guide 20 and the frame 102, the light guide 20 is allowed to expand relative to the frame 102.

以上までの工程によって、フレーム102と投射透視装置70とのアセンブリー(図2(B)参照)を得ることができる。   Through the steps described above, an assembly of the frame 102 and the projection see-through device 70 (see FIG. 2B) can be obtained.

図2(A)及び2(B)等を参照しつつ、フレーム102への外装部材105dの組付けについて説明する。まず、外装部材105dのうち外部材105eをフレーム102及び投射透視装置70等のアセンブリーに固定する。外部材105eは、フレーム102や投射レンズ30との嵌合、投射レンズ30の取付部39gに対してのネジ締結等によって固定される。この際、フレーム102に既に固定されているプロテクター108の先端部108i,108jを外部材105eに形成された凹部105iに嵌合させて固定することになる。次に、内部材105fを外部材105eに嵌合させ、ネジ止めによって外部材105eに固定する。これにより、内部材105fと外部材105eとに挟まれた空間内に第1像形成本体部105aを構成する投射レンズ30、画像表示装置80等と、導光部20の一部である第2プリズム部分12と、フレーム102の側面部102b,102cとが収納される。つまり、第1表示装置100Aの組み付けが完了する。   The assembly of the exterior member 105d to the frame 102 will be described with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B). First, the outer member 105e of the exterior member 105d is fixed to an assembly such as the frame 102 and the projection fluoroscopic device 70. The external material 105e is fixed by fitting with the frame 102 or the projection lens 30, screw fastening to the attachment portion 39g of the projection lens 30, or the like. At this time, the front end portions 108i and 108j of the protector 108 already fixed to the frame 102 are fitted and fixed to the recesses 105i formed in the outer member 105e. Next, the inner member 105f is fitted into the outer member 105e and fixed to the outer member 105e by screwing. Accordingly, the projection lens 30, the image display device 80, and the like constituting the first image forming main body portion 105a in the space sandwiched between the inner member 105f and the outer member 105e, and the second light that is a part of the light guide portion 20. The prism portion 12 and the side surface portions 102b and 102c of the frame 102 are accommodated. That is, the assembly of the first display device 100A is completed.

なお、図1に示す第2表示装置100Bは、第1表示装置100Aと同様の構造を有し、第1表示装置100Aを左右対称に反転させただけであるので、第2表示装置100Bの構造、機能、組立て等についての説明は省略する。   The second display device 100B shown in FIG. 1 has a structure similar to that of the first display device 100A, and is simply reversed in the left-right symmetry, so the structure of the second display device 100B. Description of functions, assembly, etc. is omitted.

図2(A)、図7(A)等に示すように、つる部分104は、フレーム102に設けた一対の側面部102b,102cの先端に設けた孔102qに固定されている。つる部分104と側面部102b,102cとの連結部は、ヒンジ構造を有するものとでき、この場合、つる部分104の折畳みが可能になる。   As shown in FIGS. 2A, 7A, etc., the vine portion 104 is fixed to a hole 102q provided at the tip of a pair of side surface portions 102b, 102c provided in the frame 102. The connecting portion between the vine portion 104 and the side surface portions 102b and 102c can have a hinge structure. In this case, the vine portion 104 can be folded.

図8を参照して、各表示装置100B,100Aを構成する投射透視装置70等の機能、動作等の詳細について説明する。投射透視装置70のうち、導光部20の一部であるプリズム10は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材である。プリズム10のうち、第1プリズム部分11は、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第1面S11と、第2面S12と、第3面S13とを有し、第2プリズム部分12は、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第4面S14と、第5面S15と、第6面S16とを有する。このうち、第1面S11と第4面S14とが隣接し、第3面S13と第5面S15とが隣接し、第1面S11と第3面S13との間に第2面S12が配置され、第4面S14と第5面S15との間に第6面S16が配置されている。   With reference to FIG. 8, details of functions, operations, and the like of the projection see-through device 70 configuring each of the display devices 100B and 100A will be described. In the projection see-through device 70, the prism 10, which is a part of the light guide unit 20, is an arc-shaped member that is curved along the face in plan view. The first prism portion 11 of the prism 10 is disposed on the center side close to the nose, that is, on the light emission side, and has a first surface S11, a second surface S12, and a third surface S13 as side surfaces having optical functions. The second prism portion 12 is disposed on the peripheral side away from the nose, that is, on the light incident side, and has a fourth surface S14, a fifth surface S15, and a sixth surface as side surfaces having optical functions. S16. Among these, the first surface S11 and the fourth surface S14 are adjacent to each other, the third surface S13 and the fifth surface S15 are adjacent to each other, and the second surface S12 is disposed between the first surface S11 and the third surface S13. The sixth surface S16 is disposed between the fourth surface S14 and the fifth surface S15.

プリズム10において、第1面S11は、Z軸に平行な射出側光軸AXOを中心軸とする自由曲面であり、第2面S12は、XZ面に平行な基準面(図示の断面)に含まれZ軸に対して傾斜した光軸AX1を中心軸とする自由曲面であり、第3面S13は、射出側光軸AXOを中心軸とする自由曲面である。第4面S14は、XZ面に平行な上記基準面に含まれZ軸に対して傾斜した一対の光軸AX3,AX4の2等分線を中心軸とする自由曲面であり、第5面S15は、XZ面に平行な上記基準面に含まれZ軸に対して傾斜した一対の光軸AX4,AX5の2等分線を中心軸とする自由曲面であり、第6面S16は、XZ面に平行な上記基準面に含まれZ軸に対して傾斜した光軸AX5を中心軸とする自由曲面である。なお、以上の第1〜第6面S11〜S16は、水平(又は横)に延びるXZ面に平行で光軸AX1〜AX5等が通る基準面(図示の断面)を挟んで、鉛直(又は縦)のY軸方向に関して対称な形状を有している。   In the prism 10, the first surface S11 is a free-form surface having the exit side optical axis AXO parallel to the Z axis as a central axis, and the second surface S12 is included in a reference surface (cross section shown) parallel to the XZ surface. The third surface S13 is a free-form surface having the emission-side optical axis AXO as the central axis, with the optical axis AX1 tilted with respect to the Z-axis as the central axis. The fourth surface S14 is a free-form surface having a bisector of a pair of optical axes AX3 and AX4 included in the reference plane parallel to the XZ plane and inclined with respect to the Z axis as a central axis, and a fifth surface S15. Is a free-form surface having a bisector of a pair of optical axes AX4 and AX5 included in the reference plane parallel to the XZ plane and inclined with respect to the Z axis, and the sixth plane S16 is an XZ plane Is a free-form surface having an optical axis AX5 tilted with respect to the Z axis as a central axis. The first to sixth surfaces S11 to S16 described above are vertical (or vertical) with a reference plane (cross section shown) passing through the optical axes AX1 to AX5 and the like parallel to the horizontal (or horizontal) XZ plane. ) With respect to the Y-axis direction.

プリズム10のうちプリズム本体10sは、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されており、例えば金型内に熱可塑性樹脂を注入・固化させることにより成形する。なお、プリズム本体10sの材料としては、例えばシクロオレフィンポリマー等を用いることができる。プリズム本体10sは、一体形成品とされているが、プリズム10は、上記のように第1プリズム部分11と第2プリズム部分12とに機能的に分けて考えることができる。第1プリズム部分11は、映像光GLの導波及び射出を可能にするとともに、外界光HLの透視を可能にする。第2プリズム部分12は、映像光GLの入射及び導波を可能にする。   The prism main body 10s of the prism 10 is formed of a resin material exhibiting high light transmittance in the visible range, and is formed by, for example, injecting and solidifying a thermoplastic resin in a mold. In addition, as a material of prism main body 10s, a cycloolefin polymer etc. can be used, for example. The prism body 10s is an integrally formed product, but the prism 10 can be considered functionally divided into the first prism portion 11 and the second prism portion 12 as described above. The first prism portion 11 enables the image light GL to be guided and emitted, and allows the external light HL to be seen through. The second prism portion 12 allows the image light GL to be incident and guided.

第1プリズム部分11において、第1面S11は、映像光GLを第1プリズム部分11外に射出させる屈折面として機能するとともに、映像光GLを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第1面S11は、眼EYの正面に配されるものであり、観察者に対し凹面形状を成している。なお、第1面S11は、プリズム本体10sの表面に施されたハードコート層27によって形成される面である。   In the first prism portion 11, the first surface S11 functions as a refracting surface that emits the image light GL out of the first prism portion 11, and also functions as a total reflection surface that totally reflects the image light GL on the inner surface side. The first surface S11 is arranged in front of the eye EY and has a concave shape with respect to the observer. The first surface S11 is a surface formed by the hard coat layer 27 provided on the surface of the prism main body 10s.

第2面S12は、プリズム本体10sの表面であり、当該表面にハーフミラー層15が付随している。このハーフミラー層15は、光透過性を有する反射膜(すなわち半透過反射膜)である。ハーフミラー層(半透過反射膜)15は、第2面S12の全体ではなく、第2面S12を主にY軸に沿った鉛直方向に関して狭めた部分領域PA上に形成されている。ハーフミラー層15は、プリズム本体10sの下地面のうち部分領域PA上に、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層15の映像光GLに対する反射率は、シースルーによる外界光HLの観察を容易にする観点で、想定される映像光GLの入射角範囲において10%以上50%以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層15の映像光GLに対する反射率は、例えば20%に設定され、映像光GLに対する透過率は、例えば80%に設定される。   The second surface S12 is the surface of the prism main body 10s, and the half mirror layer 15 is attached to the surface. The half mirror layer 15 is a light-transmissive reflective film (that is, a semi-transmissive reflective film). The half mirror layer (semi-transmissive reflection film) 15 is formed not on the entire second surface S12 but on the partial area PA in which the second surface S12 is narrowed mainly in the vertical direction along the Y axis. The half mirror layer 15 is formed by forming a metal reflective film or a dielectric multilayer film on the partial area PA in the lower ground of the prism main body 10s. The reflectance of the half mirror layer 15 with respect to the video light GL is set to be 10% or more and 50% or less in the assumed incident angle range of the video light GL from the viewpoint of facilitating observation of the external light HL by see-through. The reflectance of the half mirror layer 15 of the specific embodiment with respect to the video light GL is set to 20%, for example, and the transmittance with respect to the video light GL is set to 80%, for example.

第3面S13は、映像光GLを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第3面S13は、眼EYの正面に配されるものであり、第1面S11と同様に観察者に対し凹面形状を成しており、第1面S11と第3面S13とを通過させて外界光HLを見たときに、視度が略0になっている。なお、第3面S13は、プリズム本体10sの表面に施されたハードコート層27によって形成される面である。   The third surface S13 functions as a total reflection surface that totally reflects the video light GL on the inner surface side. The third surface S13 is arranged in front of the eye EY, and has a concave shape with respect to the observer, like the first surface S11, and allows the first surface S11 and the third surface S13 to pass therethrough. When the external light HL is viewed, the diopter is substantially zero. The third surface S13 is a surface formed by the hard coat layer 27 provided on the surface of the prism main body 10s.

第2プリズム部分12において、第4面S14は、映像光GLを内面側で全反射させる全反射面として機能する。なお、第4面S14は、プリズム本体10sの表面に施されたハードコート層27によって形成される面である。   In the second prism portion 12, the fourth surface S14 functions as a total reflection surface that totally reflects the video light GL on the inner surface side. The fourth surface S14 is a surface formed by the hard coat layer 27 applied to the surface of the prism main body 10s.

第2プリズム部分12において、第5面S15は、既述のように、プリズム本体10sの表面上に無機材料で形成される光反射膜RMを成膜することで形成され、反射面として機能する。   In the second prism portion 12, the fifth surface S15 is formed by depositing the light reflecting film RM formed of an inorganic material on the surface of the prism main body 10s as described above, and functions as a reflecting surface. .

第6面S16は、映像光GLを第2プリズム部分12内に入射させる屈折面として機能する。なお、第6面S16は、プリズム本体10sの表面に施されたハードコート層27によって形成される面である。   The sixth surface S <b> 16 functions as a refracting surface that causes the image light GL to enter the second prism portion 12. The sixth surface S16 is a surface formed by the hard coat layer 27 applied to the surface of the prism main body 10s.

光透過部材50は、既述のようにプリズム10と一体的に固定され1つの導光部20となっている。光透過部材50は、プリズム10の透視機能を補助する部材(補助プリズム)であり、光学的な機能を有する側面として、第1透過面S51と、第2透過面S52と、第3透過面S53とを有する。ここで、第1透過面S51と第3透過面S53との間に第2透過面S52が配置されている。第1透過面S51は、プリズム10の第1面S11を延長した曲面上にあり、第2透過面S52は、当該第2面S12に対して接着層CCによって接合され一体化されている曲面であり、第3透過面S53は、プリズム10の第3面S13を延長した曲面上にある。このうち第2透過面S52とプリズム10の第2面S12とは、薄い接着層CCを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。   As described above, the light transmitting member 50 is fixed integrally with the prism 10 to form one light guide 20. The light transmitting member 50 is a member (auxiliary prism) that assists the see-through function of the prism 10, and includes a first transmitting surface S51, a second transmitting surface S52, and a third transmitting surface S53 as side surfaces having optical functions. And have. Here, the second transmission surface S52 is disposed between the first transmission surface S51 and the third transmission surface S53. The first transmission surface S51 is on a curved surface obtained by extending the first surface S11 of the prism 10, and the second transmission surface S52 is a curved surface joined and integrated with the second surface S12 by the adhesive layer CC. The third transmission surface S53 is on a curved surface obtained by extending the third surface S13 of the prism 10. Among these, the second transmission surface S52 and the second surface S12 of the prism 10 are integrated by joining via the thin adhesive layer CC, and thus have substantially the same shape of curvature.

光透過部材(補助プリズム)50は、可視域で高い光透過性を示し、光透過部材50の本体部分は、プリズム10のプリズム本体10sと略同一の屈折率を有する熱可塑性樹脂材料で形成されている。なお、光透過部材50は、本体部分をプリズム10のプリズム本体10sに接合した後、接合された状態でプリズム本体10sとともにハードコートによる成膜がなされて形成されるものである。つまり、光透過部材50は、プリズム10と同様、本体部分の表面にハードコート層27が施されたものとなっている。第1透過面S51と第3透過面S53とは、本体部分の表面に施されたハードコート層27によって形成される面である。   The light transmitting member (auxiliary prism) 50 exhibits high light transmittance in the visible range, and the main body portion of the light transmitting member 50 is formed of a thermoplastic resin material having substantially the same refractive index as the prism main body 10s of the prism 10. ing. The light transmitting member 50 is formed by bonding a main body portion to the prism main body 10s of the prism 10 and then forming a film by hard coating together with the prism main body 10s in the bonded state. That is, the light transmitting member 50 is the same as the prism 10 in that the hard coat layer 27 is applied to the surface of the main body portion. The first transmission surface S51 and the third transmission surface S53 are surfaces formed by the hard coat layer 27 applied to the surface of the main body portion.

画像表示装置80は、2次元的な照明光SLを射出する照明装置81と、透過型の空間光変調装置である映像表示素子82と、照明装置81及び映像表示素子82の動作を制御する駆動制御部84とを有する。   The image display device 80 is an illumination device 81 that emits two-dimensional illumination light SL, a video display element 82 that is a transmissive spatial light modulator, and a drive that controls the operation of the illumination device 81 and the video display element 82. And a control unit 84.

画像表示装置80の照明装置81は、赤、緑、青の3色を含む光を発生する光源81aと、光源81aからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部81bとを有する。映像表示素子82は、例えば液晶表示デバイスで形成される映像素子であり、照明装置81からの照明光SLを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部84は、光源駆動回路84aと液晶駆動回路84bとを備える。光源駆動回路84aは、照明装置81の光源81aに電力を供給して安定した輝度の照明光SLを射出させる。液晶駆動回路84bは、映像表示素子(映像素子)82に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの映像光又は画像光を形成する。なお、液晶駆動回路84bに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。   The illumination device 81 of the image display device 80 includes a light source 81a that generates light including three colors of red, green, and blue, and a backlight light guide unit 81b that diffuses light from the light source 81a into a light beam having a rectangular cross section. Have The video display element 82 is a video element formed by a liquid crystal display device, for example, and spatially modulates the illumination light SL from the illumination device 81 to form image light to be a display target such as a moving image. The drive control unit 84 includes a light source drive circuit 84a and a liquid crystal drive circuit 84b. The light source driving circuit 84a supplies electric power to the light source 81a of the illuminating device 81 to emit illumination light SL having a stable luminance. The liquid crystal drive circuit 84b outputs an image signal or a drive signal to the image display element (image element) 82, thereby forming color image light or image light as a source of a moving image or a still image as a transmittance pattern. . Note that the liquid crystal driving circuit 84b can have an image processing function, but an external control circuit can also have an image processing function.

以下、虚像表示装置100における映像光GL等の光路について説明する。映像表示素子(映像素子)82から射出された映像光GLは、投射レンズ30によって収束されつつ、プリズム10に設けた比較的強い正の屈折力を有する第6面S16に入射する。   Hereinafter, an optical path of the image light GL and the like in the virtual image display device 100 will be described. The video light GL emitted from the video display element (video element) 82 is converged by the projection lens 30 and is incident on the sixth surface S16 provided on the prism 10 and having a relatively strong positive refractive power.

プリズム10の第6面S16を通過した映像光GLは、収束しつつ進み、第2プリズム部分12を経由する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第5面S15で反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第4面S14で反射される。   The image light GL that has passed through the sixth surface S16 of the prism 10 proceeds while converging, and is reflected by the fifth surface S15 having a relatively weak positive refractive power when passing through the second prism portion 12, Reflected by the fourth surface S14 having a weak negative refractive power.

第2プリズム部分12の第4面S14で反射された映像光GLは、第1プリズム部分11において、比較的弱い正の屈折力を有する第3面S13に入射して全反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第1面S11に入射して全反射される。なお、映像光GLは、第3面S13を通過する前後において、プリズム10中に中間像を形成する。この中間像の像面IIは、映像表示素子82の像面OIに対応するものである。   The image light GL reflected by the fourth surface S14 of the second prism portion 12 is incident on the third surface S13 having a relatively weak positive refractive power and totally reflected by the first prism portion 11, and is relatively weak. The light enters the first surface S11 having negative refractive power and is totally reflected. The video light GL forms an intermediate image in the prism 10 before and after passing through the third surface S13. The image plane II of the intermediate image corresponds to the image plane OI of the video display element 82.

第1面S11で全反射された映像光GLは、第2面S12に入射するが、特にハーフミラー層15に入射した映像光GLは、このハーフミラー層15を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第1面S11に再度入射して通過する。なお、ハーフミラー層15は、ここで反射される映像光GLに対して比較的強い正の屈折力を有するものとして作用する。また、第1面S11は、これを通過する映像光GLに対して負の屈折力を有するものとして作用する。   The image light GL totally reflected by the first surface S11 is incident on the second surface S12. In particular, the image light GL incident on the half mirror layer 15 is partially transmitted through the half mirror layer 15 while partially transmitting. And is incident again on the first surface S11 and passes therethrough. The half mirror layer 15 acts as a layer having a relatively strong positive refractive power with respect to the image light GL reflected here. Further, the first surface S11 acts as having negative refractive power with respect to the video light GL passing through the first surface S11.

第1面S11を通過した映像光GLは、観察者の眼EYの瞳に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光GLにより、映像表示素子(映像素子)82上に形成された画像を観察することになる。   The video light GL that has passed through the first surface S11 enters the pupil of the observer's eye EY as a substantially parallel light beam. That is, the observer observes an image formed on the video display element (video element) 82 by the video light GL as a virtual image.

一方、外界光HLのうち、プリズム10の第2面S12よりも−X側に入射するものは、第1プリズム部分11の第3面S13と第1面S11とを通過するが、この際、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、プリズム10越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。同様に、外界光HLのうち、プリズム10の第2面S12よりも+X側に入射するもの、つまり、光透過部材50に入射したものは、これに設けた第3透過面S53と第1透過面S51とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材50越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。さらに、外界光HLのうち、プリズム10の第2面S12に対向する光透過部材50の重複部分に入射するものは、第3透過面S53と第1面S11とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材50越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。なお、プリズム10の第2面S12と光透過部材50の第2透過面S52とは、略同一の曲面形状をともに有するだけでなく、略同一の屈折率をともに有し、両者の隙間が略同一の屈折率の接着層CCで充填されている。つまり、プリズム10の第2面S12や光透過部材50の第2透過面S52は、外界光HLに対して屈折面として作用しない。   On the other hand, among the external light HL, the light incident on the −X side from the second surface S12 of the prism 10 passes through the third surface S13 and the first surface S11 of the first prism portion 11, but at this time, Positive and negative refractive powers are canceled and aberration is corrected. That is, the observer observes an external image with little distortion through the prism 10. Similarly, of the external light HL, the light incident on the + X side from the second surface S12 of the prism 10, that is, the light incident on the light transmission member 50, is provided with the third transmission surface S53 and the first transmission surface provided thereon. When passing through the surface S51, the positive and negative refractive powers are canceled and aberration is corrected. That is, the observer observes an external image with little distortion through the light transmission member 50. Further, of the external light HL, the light incident on the overlapping portion of the light transmission member 50 facing the second surface S12 of the prism 10 is positive or negative when passing through the third transmission surface S53 and the first surface S11. The refractive power is canceled and aberration is corrected. That is, the observer observes an external image with little distortion through the light transmission member 50. Note that the second surface S12 of the prism 10 and the second transmission surface S52 of the light transmission member 50 not only have substantially the same curved surface shape but also have substantially the same refractive index, and the gap between them is substantially the same. The adhesive layer CC is filled with the same refractive index. That is, the second surface S12 of the prism 10 and the second transmission surface S52 of the light transmission member 50 do not act as a refractive surface with respect to the external light HL.

ただし、ハーフミラー層15に入射した外界光HLは、このハーフミラー層15を部分的に透過しつつも部分的に反射されるので、ハーフミラー層15に対応する方向から眼EYに向かう外界光HLは、ハーフミラー層15の透過率に弱められる。その一方で、ハーフミラー層15に対応する方向から眼EYに向けては、映像光GLが入射するので、観察者は、ハーフミラー層15の方向に映像表示素子(映像素子)82上に形成された画像とともに外界像を観察することになる。   However, since the external light HL incident on the half mirror layer 15 is partially reflected while partially transmitting through the half mirror layer 15, the external light directed toward the eye EY from the direction corresponding to the half mirror layer 15 is reflected. HL is weakened by the transmittance of the half mirror layer 15. On the other hand, since the image light GL enters from the direction corresponding to the half mirror layer 15 toward the eye EY, the observer forms on the image display element (image element) 82 in the direction of the half mirror layer 15. The external image is observed together with the image that has been displayed.

プリズム10内で伝搬されて第2面S12に入射した映像光GLのうち、ハーフミラー層15で反射されなかったものは、光透過部材50内に入射するが、光透過部材50に設けた不図示の反射防止部によってプリズム10に戻ることが防止される。つまり、第2面S12を通過した映像光GLが光路上に戻されて迷光となることが防止される。また、光透過部材50側から入射してハーフミラー層15で反射された外界光HLは、光透過部材50に戻されるが、光透過部材50に設けた上述の不図示の反射防止部によってプリズム10に射出されることが防止される。つまり、ハーフミラー層15で反射された外界光HLが光路上に戻されて迷光となることが防止される。   Of the image light GL propagated in the prism 10 and incident on the second surface S <b> 12, the image light GL not reflected by the half mirror layer 15 is incident on the light transmitting member 50, but is not provided on the light transmitting member 50. Returning to the prism 10 is prevented by the illustrated antireflection portion. That is, the image light GL that has passed through the second surface S12 is prevented from returning to the optical path and becoming stray light. In addition, the external light HL incident from the light transmitting member 50 side and reflected by the half mirror layer 15 is returned to the light transmitting member 50, but the prism is formed by the above-described antireflection unit (not shown) provided in the light transmitting member 50. 10 is prevented from being injected. That is, it is possible to prevent the external light HL reflected by the half mirror layer 15 from returning to the optical path and becoming stray light.

以上の説明から明らかなように、第1実施形態の虚像表示装置100によれば、光学部材101a,101b又は導光部20が周囲の一箇所である取付部10gにおいてフレーム102に直接固定されるので、導光部20の固定が簡易になり、虚像表示装置100を軽量化しやすくなるとともに、フレーム102による導光部20の支持強度も向上する。さらに、光学部材101a,101b又は導光部20が取付部10gを除く残りの周囲部分A0においてフレーム102及びプロテクター108に対して非固定状態になっているので、導光部20とフレーム102等との間に熱膨張率の差があっても、フレーム102等に対して導光部20の膨張が許容され、光学部材101a,101b又は導光部20に歪み、変形、破損が生じることを防止できる。
また、本実施形態の虚像表示装置100によれば、プロテクター108が光学部材101a,101b又は導光部20の周囲のうちフレーム102に固定される取付部10gを除く残りの周囲部分A0の少なくとも一部を覆うように保護する。つまり、フレーム102とプロテクター108とによって光学部材101a,101b又は導光部20の周囲を囲んで覆うように保護することができる。これにより、虚像表示装置100を落下させた場合のようにランダムな方向からの強い衝撃に対する耐久性を高めることができる。
As is clear from the above description, according to the virtual image display device 100 of the first embodiment, the optical members 101a and 101b or the light guide unit 20 are directly fixed to the frame 102 at the mounting portion 10g that is one place around. Therefore, the light guide 20 can be easily fixed, the virtual image display device 100 can be easily reduced in weight, and the support strength of the light guide 20 by the frame 102 is also improved. Furthermore, since the optical members 101a and 101b or the light guide 20 are not fixed to the frame 102 and the protector 108 in the remaining peripheral portion A0 except for the mounting portion 10g, the light guide 20 and the frame 102, etc. Even if there is a difference in the coefficient of thermal expansion, the expansion of the light guide 20 is allowed with respect to the frame 102 and the like, and the optical members 101a and 101b or the light guide 20 are prevented from being distorted, deformed, or damaged. it can.
Further, according to the virtual image display device 100 of the present embodiment, at least one of the remaining peripheral portions A0 except the attachment portion 10g where the protector 108 is fixed to the frame 102 among the periphery of the optical members 101a and 101b or the light guide portion 20. Protect to cover the part. That is, the frame 102 and the protector 108 can protect the optical members 101a and 101b or the light guide unit 20 so as to surround and cover the periphery. Thereby, durability against a strong impact from a random direction can be enhanced as when the virtual image display device 100 is dropped.

〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態の虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態の虚像表示装置は、第1実施形態の虚像表示装置100の変形例であり、特に説明しない場合、図1等に示す虚像表示装置100と同様であるものとする。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the virtual image display apparatus according to the second embodiment will be described. Note that the virtual image display device of the present embodiment is a modification of the virtual image display device 100 of the first embodiment, and is the same as the virtual image display device 100 shown in FIG.

以下、図9(A)及び9(B)を参照して、本実施形態の虚像表示装置200について説明する。図示のように、本実施形態の虚像表示装置200は、観察者の眼前を透視可能に覆う第1及び第2光学部材201a,201bと、両光学部材201a,201bを支持するフレーム102と、フレーム102の左右両端から後方にかけての部分に固定された第1及び第2駆動部205a,205bと、2次元的に走査される信号光を射出する第1及び第2映像素子206a,206bとを備える。図面上で左側の第1光学部材201aと第1駆動部205aと第1映像素子206aとを組み合わせた第1表示装置100Aは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第2光学部材201bと第2駆動部205bと第2映像素子206bとを組み合わせた第2表示装置100Bは、左眼用の虚像を形成する部分であり、第1表示装置100Aの左右を反転させただけであり、第1表示装置100Aと同じ機能を有する。   Hereinafter, the virtual image display device 200 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 (A) and 9 (B). As shown in the figure, a virtual image display device 200 according to the present embodiment includes first and second optical members 201a and 201b that cover the front of an observer so as to be seen through, a frame 102 that supports both optical members 201a and 201b, 102 includes first and second driving units 205a and 205b fixed to portions from the left and right ends to the rear of 102, and first and second video elements 206a and 206b that emit signal light that is two-dimensionally scanned. . The first display device 100A in which the first optical member 201a on the left side, the first drive unit 205a, and the first video element 206a in the drawing are combined is a portion that forms a virtual image for the right eye. Function as. Further, the second display device 100B in which the second optical member 201b on the right side, the second drive unit 205b, and the second video element 206b in the drawing are combined is a part that forms a virtual image for the left eye, and the first display. Only the left and right sides of the device 100A are inverted, and the same function as that of the first display device 100A is obtained.

第1表示装置100Aにおいて、第1映像素子206aは、強度変調された信号光を形成するとともに当該信号光を走査光TLとして射出する。第1光学部材201aは、第1映像素子206aからの走査光TLを反射することによって画像光GLを形成する被照射部材であり、このような画像光GLを眼EYに導く機能を有する。第1駆動部205aは、第1映像素子206aに対して不図示の光ファイバー等を介して照明光を供給する光源、第1映像素子206a等を動作させる制御回路等を含む本体部分280を有する。   In the first display device 100A, the first video element 206a forms intensity-modulated signal light and emits the signal light as scanning light TL. The first optical member 201a is an irradiated member that forms the image light GL by reflecting the scanning light TL from the first video element 206a, and has a function of guiding such image light GL to the eye EY. The first drive unit 205a includes a main body portion 280 including a light source that supplies illumination light to the first video element 206a via an optical fiber (not shown), a control circuit that operates the first video element 206a, and the like.

第1映像素子206aは、鼻当て部材108aに組み付けられており、フレーム102に対して間接的に固定されている。第1映像素子206aは、本体部分280からの照明光を制御信号に基づいて変調する信号光変調部281と、信号光変調部281を経た信号光を走査しつつ射出させる走査光学系282とを有する。ここで、走査光学系282は、MEMSミラー等で構成され、信号光変調部281による信号光の変調に同期させて姿勢を変化させることにより、信号光の光路を調整することで第1光学部材201aの内面への光線(走査光TL)の射出角度を縦横に変化させる2次元走査を行う。   The first image element 206 a is assembled to the nose pad member 108 a and is indirectly fixed to the frame 102. The first image element 206a includes a signal light modulation unit 281 that modulates illumination light from the main body portion 280 based on a control signal, and a scanning optical system 282 that emits the signal light that has passed through the signal light modulation unit 281 while scanning. Have. Here, the scanning optical system 282 is configured by a MEMS mirror or the like, and the first optical member is adjusted by adjusting the optical path of the signal light by changing the posture in synchronization with the modulation of the signal light by the signal light modulation unit 281. Two-dimensional scanning is performed to change the emission angle of the light beam (scanning light TL) onto the inner surface of 201a vertically and horizontally.

第1光学部材201aは、第1映像素子206aの前方又は光射出方向において装着者の眼EYの前方を覆うように配置されている。第1光学部材201aは、走査光の照射を受ける半透過膜である半透過反射膜285と、半透過反射膜285を支持固定する支持部材286とを有している。これにより、装着者の眼EYには、画像光GLによる虚像のみならず、外界からの光も入ることになり、虚像表示装置200は、双方を重畳して観察可能にするシースルーの構成となっている。なお、半透過反射膜285は、ハーフミラーとすることもできるが、ホログラムその他の回折型の光学素子とすることもできる。   The first optical member 201a is arranged so as to cover the front of the wearer's eye EY in front of the first video element 206a or in the light emission direction. The first optical member 201 a includes a semi-transmissive reflective film 285 that is a semi-transmissive film that receives scanning light irradiation, and a support member 286 that supports and fixes the semi-transmissive reflective film 285. As a result, not only a virtual image by the image light GL but also light from the outside enters the wearer's eye EY, and the virtual image display device 200 has a see-through configuration that allows both to be observed. ing. The transflective film 285 can be a half mirror, but can also be a hologram or other diffractive optical element.

第1光学部材201aは、第1実施形態の第1光学部材101aのような内部伝搬型の導光部ではないが、第1実施形態の場合と同様に眼前を覆う薄い楕円形状を有し、外周の一部である周囲部分A0に取付部10gとリブ10nとを有する。   The first optical member 201a is not an internal propagation type light guide like the first optical member 101a of the first embodiment, but has a thin elliptical shape covering the front of the eye as in the first embodiment, A peripheral portion A0, which is a part of the outer periphery, has a mounting portion 10g and a rib 10n.

第1光学部材201aのフレーム102への組付けについて説明する。第1光学部材101aは、周囲部分A0に形成された突起状の取付部10gを利用して、フレーム102の側方にある側方端部65aに設けた第2固定部61e直接固定されており、第1映像素子206a等に対してアライメントされた状態となっている。フレーム102には、ストッパーとして溝状の制限部102nが設けられている。第1光学部材201aの組み付け後において、制限部102nには、第1光学部材201aの上端部に設けた突起状のリブ10nが僅かな隙間を有する遊嵌状態で挿入される。これにより、第1光学部材201aの先端側の変位をフレーム102の奥行き方向に関して制限することができる。なお、第1光学部材201aのうち取付部10gを除いた部分は、フレーム102及びプロテクター108と僅かに離間しており、フレーム102及びプロテクター108との関係で非固定状態とされている。   The assembly of the first optical member 201a to the frame 102 will be described. The first optical member 101a is directly fixed to the second fixing portion 61e provided on the side end portion 65a on the side of the frame 102 by using the protruding mounting portion 10g formed on the peripheral portion A0. The first video element 206a and the like are aligned. The frame 102 is provided with a groove-shaped limiting portion 102n as a stopper. After the assembly of the first optical member 201a, the protruding rib 10n provided at the upper end of the first optical member 201a is inserted into the limiting portion 102n in a loosely fitted state with a slight gap. Thereby, the displacement of the front end side of the first optical member 201 a can be limited in the depth direction of the frame 102. The portion of the first optical member 201a excluding the mounting portion 10g is slightly separated from the frame 102 and the protector 108, and is in an unfixed state in relation to the frame 102 and the protector 108.

以下、画像形成の動作について説明する。まず、第1映像素子206aのうち、信号光変調部281は、画像を構成する画素の輝度に対応して照明光を変調した信号光を形成し射出する。信号光変調部281から射出された信号光は、スキャン部である走査光学系282に入射する。走査光学系282は、信号光を走査光TLとして第1光学部材101aに向けて射出する。第1光学部材101aにおいて、走査光TLを入射させることで、ここでの反射光としての画像光GLによって虚像が形成され、この虚像を観察者が眼EYで捉えることで、画像が認識される。   Hereinafter, an image forming operation will be described. First, in the first video element 206a, the signal light modulation unit 281 forms and emits signal light obtained by modulating illumination light corresponding to the luminance of the pixels constituting the image. The signal light emitted from the signal light modulation unit 281 enters a scanning optical system 282 that is a scanning unit. The scanning optical system 282 emits signal light as scanning light TL toward the first optical member 101a. In the first optical member 101a, by making the scanning light TL enter, a virtual image is formed by the image light GL as reflected light here, and the image is recognized by the observer capturing the virtual image with the eyes EY. .

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated according to embodiment, this invention is not restricted to said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is possible to implement in various aspects, for example, The following modifications are possible.

上記第1実施形態では、フレーム102と投射レンズ30とが別体でネジ止めによって投射レンズ30をフレーム102に固定しているが、投射レンズ30の鏡筒39をフレーム102と一体成形することもできる。鏡筒39をフレーム102と一体成形する方法として、アウトサート成形、ダイカスト一体成形後の鏡筒部削り出し等の手法がある。   In the first embodiment, the frame 102 and the projection lens 30 are separate and the projection lens 30 is fixed to the frame 102 by screwing. However, the lens barrel 39 of the projection lens 30 may be integrally formed with the frame 102. it can. As a method of integrally forming the lens barrel 39 with the frame 102, there are methods such as outsert molding and cutting of the lens barrel after die casting integral molding.

導光部20又は投射レンズ30については、ネジ止めによる締結に限らず、様々な手法でフレーム102に固定することができる。   The light guide unit 20 or the projection lens 30 can be fixed to the frame 102 by various methods, not limited to fastening by screwing.

上記の説明では、フレーム102にプロテクター108を取り付けているが、プロテクター108についてはこれを省略することができる。この場合、図2(B)等に示すフレーム102を元の形状のままに維持して、フレーム102の中央部102gに鼻当て部材108aを設けた補助部材を連結することもできるが、補助部材を一体的に設けたフレーム102を予め準備することもできる。かかる補助部材は、プロテクター108の縦部分63aと同様に導光部20を保護する部材として用い得る。なお、フレーム102とプロテクター108とを一体的に作製することもできる。   In the above description, the protector 108 is attached to the frame 102, but the protector 108 can be omitted. In this case, it is possible to connect the auxiliary member provided with the nose pad member 108a to the central portion 102g of the frame 102 while maintaining the frame 102 shown in FIG. It is also possible to prepare in advance a frame 102 provided integrally with. Such an auxiliary member can be used as a member that protects the light guide unit 20 in the same manner as the vertical portion 63 a of the protector 108. Note that the frame 102 and the protector 108 can be integrally manufactured.

上記の説明では、第1光学部材201aである導光部20等がフレーム102側に片持ち状態で支持されているが、導光部20等をフレーム102やプロテクター108によって周囲から支持することができる。この際、フレーム102やプロテクター108に導光部20の相対的な伸縮を許容するような部材又は機構を設けることが望ましい。   In the above description, the light guide 20 or the like that is the first optical member 201a is supported in a cantilever state on the frame 102 side. However, the light guide 20 or the like can be supported from the periphery by the frame 102 or the protector 108. it can. At this time, it is desirable to provide a member or a mechanism that allows relative expansion and contraction of the light guide unit 20 in the frame 102 and the protector 108.

上記第1実施形態では、プリズム10の光入射側に投射レンズ30を配置しているが、投射レンズ30を省略して、プリズム10自体に結像機能を持たせることができる。また、投射レンズ30に代えて結像機能を有する別のプリズム10を配置することもできる。   In the first embodiment, the projection lens 30 is arranged on the light incident side of the prism 10, but the projection lens 30 can be omitted and the prism 10 itself can have an imaging function. In addition, another prism 10 having an imaging function can be arranged instead of the projection lens 30.

上記の説明では、フレーム102に制限部102nを設けているが、これに代えて或いはこれとともに、プロテクター108にプリズム10の変形、ぶれ等を防止するための同様の制限部を設けることもできる。   In the above description, the restricting portion 102n is provided in the frame 102. However, instead of or in addition to this, the protector 108 may be provided with a similar restricting portion for preventing the prism 10 from being deformed or shaken.

上記第1実施形態では、投射レンズ30の鏡筒39に導光部20との係止を可能にする係止部材39aを設けているが、導光部20側に例えば鏡筒39を挟むように鏡筒39と嵌合する係止部材を設けることができる。   In the first embodiment, the locking member 39a that enables locking to the light guide unit 20 is provided in the lens barrel 39 of the projection lens 30, but for example, the lens tube 39 is sandwiched between the light guide unit 20 side. A locking member that fits into the lens barrel 39 can be provided.

上記第1実施形態では、ハーフミラー層(半透過反射膜)15が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層15の輪郭は用途その他の使用に応じて適宜変更することができる。また、ハーフミラー層15の透過率や反射率も用途その他に応じて変更することができる。   In the first embodiment, the half mirror layer (semi-transmissive reflective film) 15 is formed in a horizontally long rectangular region. However, the outline of the half mirror layer 15 can be changed as appropriate according to the purpose and other uses. . Further, the transmittance and reflectance of the half mirror layer 15 can be changed according to the application and the like.

上記第1実施形態では、ハーフミラー層15が単なる半透過性の膜(例えば金属反射膜や誘電体多層膜)であるとしたが、ハーフミラー層15は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。   In the first embodiment, the half mirror layer 15 is simply a semi-transmissive film (for example, a metal reflective film or a dielectric multilayer film). However, the half mirror layer 15 is replaced with a planar or curved hologram element. Can do.

上記第1実施形態では、映像表示素子82における表示輝度の分布を特に調整していないが、位置によって輝度差が生じる場合等においては、表示輝度の分布を不均等に調整することができる。   In the first embodiment, the display luminance distribution in the video display element 82 is not particularly adjusted. However, in the case where a luminance difference occurs depending on the position, the display luminance distribution can be adjusted unevenly.

上記第1実施形態では、画像表示装置80として、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子82を用いているが、画像表示装置80としては、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子82に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子82に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、画像表示装置80として、LEDアレイやOLED(有機EL)などに代表される自発光型素子を用いることができる。   In the first embodiment, the image display device 82 composed of a transmissive liquid crystal display device or the like is used as the image display device 80, but the image display device 80 employs a video display composed of a transmissive liquid crystal display device or the like. Not only the element 82 but various things can be used. For example, a configuration using a reflective liquid crystal display device is also possible, and a digital micromirror device or the like can be used instead of the video display element 82 formed of a liquid crystal display device or the like. As the image display device 80, a self-luminous element typified by an LED array, OLED (organic EL), or the like can be used.

上記第1実施形態では、透過型の液晶表示デバイス等からなる画像表示装置80を用いているが、これに代えて走査型の画像表示装置を用いることもできる。
具体的には図10に示すように、虚像表示装置としての第1表示装置100Aは、導光部20と画像表示装置380とを備える。導光部20は、第1実施形態として説明したものと同一であり、ここでは説明を省略する。一方、画像表示装置380は、第2実施形態の第1映像素子206aに相当するものであり、信号光形成部381と走査光学系282とを有する。信号光形成部381は、光源も備えており、信号光LLを形成し射出する。走査光学系282は、信号光形成部381の変調に併せてMEMSミラーの姿勢を変化させて光路を調整することにより、映像光GLとなるべき走査光TLを導光部20に入射させるとともに第2面S12のうちハーフミラー層15が形成される部分領域の全体をスキャンさせる。図示の第1表示装置100Aの動作について説明すると、画像表示装置380のうち、信号光形成部GGから射出された信号光LLは、走査光学系282に入射する。走査光学系282は、信号光LLを走査光TLとして導光部20の第6面S16に向けて射出する。導光部20は、第6面S16を通過した走査光TLを全反射等により内部で導光させ、ハーフミラー層15に到達させる。この際、ハーフミラー層15の面上において走査光TLが走査されることで、走査光TLの軌跡としての画像光GLによって虚像が形成され、この虚像を装着者が眼EYで捉えることで、画像が認識される。なお、図示の場合では、導光部20のうち光入射面である第6面S16は、走査光TLの光軸に対して垂直な平面となっている。また、第5面S15及び第4面S14も平面となっている。
In the first embodiment, the image display device 80 composed of a transmissive liquid crystal display device or the like is used, but a scanning image display device can be used instead.
Specifically, as illustrated in FIG. 10, the first display device 100 </ b> A as a virtual image display device includes a light guide unit 20 and an image display device 380. The light guide 20 is the same as that described in the first embodiment, and a description thereof is omitted here. On the other hand, the image display device 380 corresponds to the first video element 206a of the second embodiment, and includes a signal light forming unit 381 and a scanning optical system 282. The signal light forming unit 381 also includes a light source, and forms and emits signal light LL. The scanning optical system 282 adjusts the optical path by changing the attitude of the MEMS mirror in accordance with the modulation of the signal light forming unit 381, thereby causing the scanning light TL to be the video light GL to enter the light guide unit 20 and the first. Of the two surfaces S12, the entire partial region where the half mirror layer 15 is formed is scanned. The operation of the illustrated first display device 100A will be described. In the image display device 380, the signal light LL emitted from the signal light forming unit GG enters the scanning optical system 282. The scanning optical system 282 emits the signal light LL as the scanning light TL toward the sixth surface S16 of the light guide unit 20. The light guide unit 20 guides the scanning light TL that has passed through the sixth surface S <b> 16 by total reflection or the like to reach the half mirror layer 15. At this time, by scanning the scanning light TL on the surface of the half mirror layer 15, a virtual image is formed by the image light GL as a locus of the scanning light TL, and the wearer grasps this virtual image with the eye EY. The image is recognized. In the illustrated case, the sixth surface S16 that is the light incident surface of the light guide 20 is a plane perpendicular to the optical axis of the scanning light TL. The fifth surface S15 and the fourth surface S14 are also flat.

上記の説明では、一対の表示装置100A,100Bを備える虚像表示装置100について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置70及び画像表示装置80を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置70及び画像表示装置80を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。この場合、フレーム107やつる部分104は、例えば図1等に示すままで左右対称に配置する形状とすることもできるが、表示装置を支持しない側のフレーム部分については、耳以外で固定するといった異なる形状とすることもできる。   In the above description, the virtual image display device 100 including the pair of display devices 100A and 100B is described. However, a single display device can be used. That is, the projection fluoroscopic device 70 and the image display device 80 are not provided for each of the right eye and the left eye, but only for either the right eye or the left eye. An image display device 80 may be provided so that the image is viewed with one eye. In this case, the frame 107 and the vine portion 104 can be shaped symmetrically as shown in FIG. 1 or the like, for example, but the frame portion on the side that does not support the display device is fixed other than the ear. Different shapes are possible.

上記の説明では、一対の表示装置100A,100BのX方向の間隔について説明していないが、両表示装置100A,100Bの間隔は固定に限らず、機械機構等によって間隔の調整が可能である。つまり、フレーム102に伸縮機構等を設けるならば、両表示装置100A,100BのX方向の間隔を、着用者の眼幅等に応じて調整することができる。   In the above description, the distance between the pair of display devices 100A and 100B in the X direction is not described, but the distance between the display devices 100A and 100B is not limited to being fixed, and the distance can be adjusted by a mechanical mechanism or the like. That is, if an expansion / contraction mechanism or the like is provided on the frame 102, the distance between the display devices 100A and 100B in the X direction can be adjusted according to the wearer's eye width and the like.

上記第1実施形態では、プリズム10の第1面S11及び第3面S13において、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明の虚像表示装置100における全反射については、第1面S11又は第3面S13上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、映像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、上記第1面S11又は第3面S13の全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての映像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの映像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第1面S11又は第3面S13の全体又は一部がコートされていてもよい。   In the first embodiment, the first surface S11 and the third surface S13 of the prism 10 are guided by totally reflecting the image light by the interface with the air without applying a mirror or a half mirror on the surface. The total reflection in the virtual image display device 100 of the present invention includes reflection formed by forming a mirror coat or a half mirror film on the whole or a part of the first surface S11 or the third surface S13. For example, after the incident angle of the image light satisfies the total reflection condition, the whole or a part of the first surface S11 or the third surface S13 is subjected to mirror coating or the like, and substantially all the image light is reflected. Cases are also included. In addition, as long as image light with sufficient brightness can be obtained, the first surface S11 or the third surface S13 may be entirely or partially coated with a somewhat transmissive mirror.

上記の説明では、プリズム10等が眼EYの並ぶ横方向に延びているが、プリズム10を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、プリズム10は、例えば上部での片持ち状態によって支持される。   In the above description, the prism 10 and the like extend in the horizontal direction in which the eyes EY are arranged, but the prism 10 may be arranged to extend in the vertical direction. In this case, the prism 10 is supported, for example, in a cantilever state at the top.

A0…周囲部分、 AX1-AX5…光軸、 AXO…射出側光軸、 EY…眼、 GL…映像光、 OI…像面、 RM…光反射膜、 S11-S16…第1-第6面、 S51-S53…第1-第3透過面、 SL…照明光、 10…プリズム、 10g…取付部、 11…第1プリズム部分、 12…第2プリズム部分、 12j…先端部、 15…ハーフミラー層、 20…導光部、 30…投射レンズ、 39…鏡筒、 39a…係止部材、 39g…取付部、 50…光透過部材、 61e…固定部、 61f…固定部、 61x…ボス孔、 65a,65b…側方端部、 68e…突当て面、 70…投射透視装置、 80…画像表示装置、 81…照明装置、 82…映像表示素子、 84…駆動制御部、 100…虚像表示装置、 100A…第1表示装置、 100B…第2表示装置、 101a…第1光学部材、 101b…第2光学部材、 102…フレーム、 102a…正面部、 102b,102c…側面部、 102n…制限部、 104…つる部分、 105a…第1像形成本体部、 105b…第2像形成本体部、 105d…外装部材、 105i…凹部、 108…プロテクター、 108a…鼻当て部材、 108g…中央部、 108i…先端部、 109…枠状部材   A0 ... Ambient part, AX1-AX5 ... Optical axis, AXO ... Exit side optical axis, EY ... Eye, GL ... Video light, OI ... Image plane, RM ... Light reflection film, S11-S16 ... First to sixth surfaces, S51-S53 ... 1st-3rd transmission surface, SL ... Illumination light, 10 ... Prism, 10g ... Mounting part, 11 ... 1st prism part, 12 ... 2nd prism part, 12j ... Tip part, 15 ... Half mirror layer 20 ... light guide, 30 ... projection lens, 39 ... lens barrel, 39a ... locking member, 39g ... mounting part, 50 ... light transmitting member, 61e ... fixing part, 61f ... fixing part, 61x ... boss hole, 65a , 65b ... side end portions, 68e ... abutment surface, 70 ... projection see-through device, 80 ... image display device, 81 ... illumination device, 82 ... video display element, 84 ... drive control unit, 100 ... virtual image display device, 100A ... first display 100B ... second display device 101a ... first optical member 101b ... second optical member 102 ... frame 102a ... front portion 102b, 102c ... side portion 102n ... restricting portion 104 ... vine portion 105a DESCRIPTION OF SYMBOLS 1st image formation main-body part, 105b ... 2nd image formation main-body part, 105d ... Exterior member, 105i ... Recessed part, 108 ... Protector, 108a ... Nose pad member, 108g ... Center part, 108i ... Tip part, 109 ... Frame shape Element

Claims (16)

映像を虚像として観察者に視認させる虚像表示装置であって、
映像素子と、
前記映像素子からの光を観察者の眼に向けて画像を視認させる光学部材と、
前記光学部材が観察者の眼前に配置されるように、前記映像素子と前記光学部材とを支持するフレームとを備え、
前記光学部材は、周囲の一箇所である取付部において前記フレームに直接固定され、前記取付部を除く周囲部分において前記フレームに対して非固定状態になっており、
前記光学部材は、前記映像素子からの映像の光を内部で反射させて観察者の眼に導くプリズム状の導光部を有し、
前記取付部は、前記導光部のうち入射側に設けられ、前記フレームの側方に固定されている、虚像表示装置。
A virtual image display device that allows an observer to visually recognize an image as a virtual image,
An image element;
An optical member for visually recognizing an image by directing light from the image element toward the eyes of an observer;
A frame for supporting the image element and the optical member so that the optical member is disposed in front of the eyes of an observer;
The optical member is directly fixed to the frame at a mounting portion that is one place around, and is in an unfixed state with respect to the frame at a peripheral portion excluding the mounting portion,
The optical member includes a prism-shaped light guide unit that internally reflects image light from the image element and guides the light to an observer's eye,
The attachment part is a virtual image display device provided on an incident side of the light guide part and fixed to a side of the frame.
前記フレームは、前記映像素子を含む像形成本体部を固定する第1固定部と、前記導光部を固定する第2固定部とを有する、請求項1に記載の虚像表示装置。   2. The virtual image display device according to claim 1, wherein the frame includes a first fixing unit that fixes an image forming main body including the video element, and a second fixing unit that fixes the light guide unit. 前記像形成本体部は、前記第1固定部にネジ止めされ、前記導光部は、前記第2固定部にネジ止めされる、請求項2に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 2, wherein the image forming main body portion is screwed to the first fixing portion, and the light guide portion is screwed to the second fixing portion. 前記像形成本体部は、前記導光部と当接することによって当該導光部を係止する係止部材を有する、請求項2及び3のいずれか一項に記載の虚像表示装置。   4. The virtual image display device according to claim 2, wherein the image forming main body includes a locking member that locks the light guide by contacting the light guide. 5. 前記像形成本体部は、前記映像素子からの映像の光を前記導光部に結像させる投射レンズを有する、請求項4に記載の虚像表示装置。   5. The virtual image display device according to claim 4, wherein the image forming main body includes a projection lens that forms an image of the image light from the image element on the light guide. 6. 前記像形成本体部は、前記フレームに固定されたカバー状の外装部材を有する、請求項1から5までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 1, wherein the image forming main body portion includes a cover-shaped exterior member fixed to the frame. 前記導光部は、映像の光を導光するとともに外界の光の透視を可能にするプリズムと、当該プリズムに連結され外界の光の透視機能を補う光透過部材とを有する、請求項1から6までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The light guide unit includes a prism that guides light of an image and allows the light of the outside world to be seen, and a light transmissive member that is connected to the prism and supplements the function of seeing the light of the outside world. The virtual image display device according to any one of 6 to 6. 前記映像素子は、2次元的に走査される信号光を射出し、前記光学部材は、前記映像素子からの光を反射させて観察者の眼に導く、請求項1に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 1, wherein the image element emits signal light that is two-dimensionally scanned, and the optical member reflects the light from the image element and guides the light to an observer's eye. 前記フレームは、前記光学部材の変位を所定方向に関して制限する制限部を有する、請求項1から8までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to any one of claims 1 to 8, wherein the frame includes a limiting unit that limits displacement of the optical member with respect to a predetermined direction. 前記制限部は、前記光学部材の変位を前記フレームの奥行き方向に関して制限する、請求項9に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 9, wherein the restriction unit restricts displacement of the optical member with respect to a depth direction of the frame. 前記フレームに固定されるとともに、前記光学部材の周囲のうち前記取付部を除く周囲部分の少なくとも一部を保護するプロテクターをさらに備える、請求項1から10までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display according to any one of claims 1 to 10, further comprising a protector that is fixed to the frame and that protects at least a part of a peripheral portion of the periphery of the optical member excluding the attachment portion. apparatus. 前記フレームと前記プロテクターとは、金属材料で形成されている、請求項11に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 11, wherein the frame and the protector are formed of a metal material. 前記光学部材は、前記プロテクターに対して非固定状態になっている、請求項11及び12のいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to claim 11, wherein the optical member is in an unfixed state with respect to the protector. 前記プロテクターは、細長く延びる枠状の部材である、請求項11から13までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to any one of claims 11 to 13, wherein the protector is an elongated frame-like member. 前記プロテクターは、前記フレームの中央部と側方とに直接又は間接的に固定される、請求項11から14までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to any one of claims 11 to 14, wherein the protector is directly or indirectly fixed to a central portion and a side of the frame. 前記フレームは、一対の映像素子と一対の光学部材とを側方に対称に固定及び支持する、請求項1から15までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。   The virtual image display device according to any one of claims 1 to 15, wherein the frame fixes and supports a pair of video elements and a pair of optical members symmetrically laterally.
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