JP2018011223A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光透過性基板のたわみを補正することができる虚像表示装置を提供する。【解決手段】コリメート光学系からの光束を光線入射部に入射して光線射出部に導光するライトガイド５０と、ライトガイドを保持するフレーム５０１と、ライトガイドおよびフレームに当接して配置される押圧部材６４ａを含むライトガイド位置調整部と、ライトガイド、フレームおよび押圧部材を挟んで保持する弾性部材６３ａと、を備える。ライトガイド位置調整部は、ライトガイドとフレームとの相対位置を調整可能とする。【選択図】図３

Description

本発明は、虚像表示装置に関する。

２次元の画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察者に観察させるように表示する虚像表示装置が知られている。かかる虚像表示装置の一形態として、近年、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display、以下「ＨＭＤ」と称する。）が普及し始めている。ＨＭＤは、透過型と非透過型に分類される。透過型のＨＭＤは、例えばＧｏｏｇｌｅ ＬＴＤ．（米国）のＧｏｏｇｌｅｇｌａｓｓ（商標登録）がある。

透過型のＨＭＤは、情報端末と組み合わせて使用し、あるいはＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の提供用として使用するため、小型で携帯性が良いものが望まれている。非透過型のＨＭＤは、映画鑑賞やゲームやＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）等の提供用として使用するため、没入感が得られる広視野角であることが望まれている。また、近年、透過型のものにおいても、ユーザーニーズから、薄肉、小型、かつ、広視野角であることが要請されている。

特許文献１には、共通の光透過性基板によって保持される複数の反射面を有する基板導光型の光学装置が開示されている。

また、特許文献２には、映像素子と光学部材とを支持するフレームを備え、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、前記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虚像表示装置が開示されている。

特許文献１及び２の光透過性基板が樹脂製の場合には、モールド成形時の製造誤差によりたわみ変形が発生する。光透過性基板がたわみ変形すると、光透過性基板から出射した像が所望の位置からずれてしまうという問題があった。

本発明は、光透過性基板のたわみを補正す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。

本発明に係る虚像表示装置は、コリメート光学系からの光束を光線入射部に入射して光線射出部に導光するライトガイドと、ライトガイドを保持するフレームと、ライトガイドおよびフレームに当接して配置される押圧部材を含むライトガイド位置調整部と、ライトガイド、フレームおよび押圧部材を挟んで保持する弾性部材と、を備え、ライトガイド位置調整部は、ライトガイドとフレームとの相対位置を調整可能とする、虚像表示装置である。

本発明によれば、虚像表示装置が備える光透過性基板のたわみを補正することができる。

本発明に係る虚像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。 上記ライトガイドがたわむ方向を示す斜視図である。 上記ライトガイドが、図２Ａとは異なる方向にたわむ様子を示す斜視図である。 上記虚像表示装置が備えるライトガイド、フレーム及びカバー部材等の配置関係を示す分解斜視図である。 上記ライトガイド、上記フレームおよび上記カバー部材等の配置関係を示す斜視図である。 上記ライトガイド及び上記フレームをライトガイド側から見た分解斜視図である。 上記ライトガイド及びフレームをフレーム側から見た分解斜視図である。 上記ライトガイドが備える第１の位置決め基準と、上記フレームの支持部とが接触している様子を示す拡大断面図である。 本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態において、第１の位置決め基準と支持部とが接触している様子を示す拡大断面図である。 本発明に係る虚像表示装置のさらに他の実施の形態において、第２の位置決め基準と支持部とが接触している様子を示す拡大断面図である。 上記虚像表示装置が備える面板と上記ライトガイドとの間に弾性部材が配置されている様子を示す拡大断面図である。 本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態において、２枚の面板がライトガイドの後面に配置されている様子を示す斜視図である。 ２枚の上記面板が上記ライトガイドの後面に配置されている様子を示す分解斜視図である。 本発明に係る虚像表示装置のさらに他の実施の形態において、ライトガイドがフレームに対して板ばねにより固定されている様子を示す斜視図である。 上記ライトガイド、上記フレーム、および上記板ばねの配置関係を示す分解斜視図である。 本発明に係る虚像表示装置のフレームが備える凸部を示す拡大斜視図である。 本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態において、フレームが備える凸部を示す拡大斜視図である。 本発明に係る虚像表示装置のさらに他の実施の形態において、フレームが備える凸部を示す拡大斜視図である。 本発明に係る虚像表示装置が備えるフレームとライトガイドとが、弾性部材及び押圧部材と共に締結されている様子を示す断面斜視図の一部である。 上記弾性部材にカバー部材が覆いかぶさる様子を斜めから見た断面図である。 上記フレーム、上記押圧部材、及び上記ライトガイドの配置関係を示す部分断面図である。 本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態における、フレーム、押圧部材、及びライトガイドの配置関係を示す部分断面図である。 本発明に係る虚像表示装置のさらに他の実施の形態において、上記虚像表示装置が備える調整用ねじがフレームの上面に螺合されている様子を示す斜視図である。 上記調整用ねじの斜視図である。 上記調整用ねじが上記フレームの上面に螺合されている様子を示す断面斜視図の一部である。 本発明に係る虚像表示装置のさらに他の実施の形態において、上記虚像表示装置が備えるアジャスタが、ライトガイドの当接部に当接している様子を示す斜視図である。 上記アジャスタ、上記ライトガイド、およびカバー部材の配置関係を示す分解斜視図である。 上記ライトガイドの導光部材側からの斜視図である。 上記ライトガイドの光学部材からの斜視図である。 上記アジャスタの斜視図である。 上記アジャスタ、上記ライトガイド、およびカバー部材が組み合わさった状態を示す平面図である。 上記ライトガイドの当接部と上記アジャスタの配置関係を示す拡大断面図である。 本発明に係る虚像表示装置のさらに他の実施の形態において、上記虚像表示装置が備えるアジャスタが、ライトガイドの当接部に当接している様子を示す斜視図である。 上記アジャスタ、上記ライトガイド、およびカバー部材の配置関係を示す分解斜視図である。 上記アジャスタの側面図である。 上記アジャスタ、上記ライトガイド、およびカバー部材が組み合わさった状態を示す平面図である。 上記ライトガイドの当接部と上記アジャスタの配置関係を示す拡大断面図である。

●虚像表示装置（１）●
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態を説明する。以下の実施形態は、透過型の虚像表示装置に関する。

図１に実施形態のライトガイド５０と、ライトガイド５０を虚像表示光学系の光路上に配置した虚像表示装置１の構成を示す。図１では、虚像表示装置における虚像表示光学系の光路を示すとともに、装置のユーザすなわち虚像観察者の目を模式的に描いている。以下、ライトガイド５０の面に関し、観察者から見て手前側、すなわち図１において下側の面を「後面」とし、奥側、すなわち図１において上側の面を「前面」として説明する。

ライトガイド５０の光線射出部１０４の平面をＸＹ平面と定義し、ＸＹ平面上において画像光の進行方向に平行な軸をＸ軸とする。Ｙ軸は、Ｘ軸に垂直である。また、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸とする。Ｘ軸方向において、画像光の進行方向を−Ｘ方向とする。使用状態における鉛直方向上向きを＋Ｙ方向とする。ライトガイド５０の後面から前面に至る方向を＋Ｚ方向とする。

図１に示すように、虚像表示装置１は、光源および虚像表示光学系を備える。虚像表示装置１は、像の画像光を出力する画像表示素子１０と、画像表示素子１０からの画像光をコリメートして射出するコリメート光学系３００と、ライトガイド５０とを虚像表示光学系として備える。

画像表示素子１０として、光源を必要とするＬＣＯＳやＤＭＤなどを用いた例を示しており、画像表示素子１０を照明するための光源を備えている。光源は、種々のものが適用でき、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、放電ランプなどを用いることができる。

画像表示素子１０は、ライトガイド５０を通じて表示する虚像の基となる表示像の光束を出力するデバイスである。画像表示素子１０は、有機ＥＬＤ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子１０として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が適用可能である。また、画像表示素子１０として、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）が適用可能である。さらに、画像表示素子１０として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が適用可能である。

コリメート光学系３００は、複数の光学レンズや絞りなどから構成され、画像表示素子１０から出射される画像光を拡大し平行光として射出する。コリメート光学系３００は、導光部材１００の後述する光線入射部１０１の直近に配置され、画像表示素子１０で表示される表示像の像情報を角度変換してライトガイド５０に入射する。

ライトガイド５０は、前面側から見た形状が長方形の板状の素子である。ライトガイド５０は、コリメート光学系３００で拡大された平行光を内部に入射及び導光して、虚像形成のために射出する。

ライトガイド５０は、導光部材１００及び光学部材２００を有する。

●導光部材１００の構成
導光部材１００は、コリメート光学系３００から出射される光束が入射し、光束を観察者の眼に導光する部材である。導光部材１００の材質は、シースルー性を考慮すると透過性の高い材質、例えば樹脂や硝子等が好ましい。

導光部材１００は、画像光を導光部材１００の内部に入射する光線入射部１０１と、導光した画像光を取り出して外部に射出させるための光線射出部１０４を備える。また、導光部材１００は、光部材１００内を進行する光束を光線射出部１０４に導光して取り出すための像取り出し部１０３を備える。

導光部材１００は、前面に像取り出し部１０３が、後面に光線射出部１０４が、それぞれ設けられている。像取り出し部１０３は、導光部材１００内に導光される画像光を光線射出部１０４に向けて反射する。光線射出部１０４は、像取り出し部１０３から導かれた画像光を虚像観察者の目に向けて導光部材１００の外部に射出する。観察者は、光線射出部１０４を通して前方を覗くことで画像光の虚像を確認することができる。

導光部材１００の前面と後面のうち、像取り出し部１０３と光線射出部１０４以外の部分は、内側が全反射面となっている。光線入射部１０１から入射した光線は、導光部材１００の内側の面に反射しながら導光部材１００内を進行する。

光線入射部１０１は、画像光を導光部材１００の内部に導光する。光線入射部１０１は、正面から見て傾斜していて、導光方向軸に垂直である。光線入射部１０１の傾斜面は、光線射出部１０４の延長面から平面視において三角形状に突き出している。

●光学部材２００の構成
光学部材２００は、導光部材１００の光線射出部１０４に平行な面である前面２１０と、前面２１０に対して傾斜し、導光部材１００の像取り出し部１０３に対向配置される傾斜部２０３を有する。光学部材２００の傾斜部２０３は、導光部材１００の像取り出し部１０３に対して近接設置または接合される。

ライトガイド５０は、導光部材１００の前面１０５と光学部材２００の前面２１０とが同一平面になるように面位置を合わせて配置されており、ライトガイド全体として、前面と後面が平行を保つ形状をなしている。

ライトガイド５０は、導光部材１００の光線射出部１０４の平面と、光学部材２００の前面２１０とが平行とされる。かかる構成によって、光線射出部１０４を通じてのシースルー性が良好になる。導光部材１００の光線射出部１０４の面と、光学部材２００の前面２１０とが平行でない場合、プリズム効果によりシースルー性が低下するので好ましくない。

●ライトガイド５０のたわみ変形
図２を用いて、ライトガイド５０のたわみ変形の方向について説明する。上述のような構成のライトガイド５０を量産するには、導光部材１００と光学部材２００の材質を樹脂とし、モールド成型により加工することが望ましい。しかし、モールド成型により加工した場合には、金型内部の圧力や冷却速度等の関係で、導光部材１００と光学部材２００がたわみ変形することが多い。本構成の導光部材１００と光学部材２００の場合、Ｙ軸方向の寸法よりもＸ軸方向の寸法の方が長いため、図２Ｂに示す矢印Ｂ１および矢印Ｂ２の向きよりも、図２Ａに示す矢印Ａ１および矢印Ａ２の向きのたわみ量が大きくなる。ライトガイド５０がたわんでいると、光線射出部１０４から射出される光線の向きがばらついてしまう。

また、導光部材１００および光学部材２００がモールド成型時にたわみ変形していない場合でも、導光部材１００と光学部材２００を接着工法等により一体化してライトガイド５０を構成する際に、ライトガイド５０が矢印Ａ１および矢印Ａ２の向きにたわむ恐れがある。そのため、矢印Ａ１および矢印Ａ２のたわみを補正することが重要である。ライトガイド５０のたわみを低減することで、光線射出から射出される光線の向きが一定になり、観察者は良好な像を観察することができる。

●ライトガイド５０とフレーム５０１の構成
図３および図４に示すように、ライトガイド５０は、前面側にフレーム５０１、後面側に面板５０５が固定されている。フレーム５０１および面板５０５は、共に略中央に矩形の開口を有する矩形の枠状の部材である。面板５０５は、矩形の開口からライトガイド５０の光線射出部１０４が見えるように配置されている。

フレーム５０１は、２つの短辺が面板５０５側に突き出した略コの字型の部材である。フレーム５０１および面板５０５の外周はライトガイド５０よりやや大きく、フレーム５０１および面板５０５によりライトガイド５０の短辺の外縁が覆われて保護されている。面板５０５は、フレーム５０１の突き出した端面にねじや接着等で固定されている。

ライトガイド５０およびフレーム５０１における長辺の外縁には、カバー部材５０２ａおよび５０２ｂが配置されている。カバー部材５０２ａおよび５０２ｂは、略直角に折り曲げられた板状の部材であり、ライトガイド５０の長辺の外縁を覆っている。カバー部材５０２ａおよび５０２ｂは、折り曲げられた面の一面がフレーム５０１の＋Ｚ側の面に当接している。また、折り曲げられた面の他面が面板５０５の＋Ｙ側および−Ｙ側の端面にそれぞれ当接している。

カバー部材５０２ａおよび５０２ｂは、フレーム５０１の長辺方向略中央に配置された弾性部材６３ａおよび６３ｂを覆うように配置されている。

弾性部材６３ａおよび６３ｂは、ライトガイド５０のたわみを補正する部材なので、ユーザが不用意に接触することでたわみが変動してしまう恐れがある。また、弾性部材６３ａおよび６３ｂへの接触によりユーザが負傷する危険がある。したがって、カバー部材５０２ａおよび５０２ｂにより弾性部材６３ａおよび６３ｂを保護することが好ましい。また、弾性部材６３ａおよび６３ｂをカバーすることで、外観のデザイン性が向上する。弾性部材６３ａおよび６３ｂの詳細な構成は、後述する。

カバー部材５０２ａおよび５０２ｂは、フレーム５０１にねじや接着等により固定されている。また、カバー部材５０２ａおよび５０２ｂは、面板５０５に対してもねじや接着等により固定されていてもよい。カバー部材５０２ａおよび５０２ｂを面板５０５に対しても固定することで、カバー部材５０２ａおよび５０２ｂは補強部材としても機能し、虚像表示装置１全体の剛性が増す。

図５に示すように、フレーム５０１の−Ｚ側の面の四隅には、ライトガイド５０の四隅とそれぞれ当接する支持部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、および６２ｂが形成されている。本実施の形態においては、支持部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、および６２ｂは球面状で、フレーム５０１のライトガイド５０との対向面から突出している。

ライトガイド５０のフレーム５０１との対向面は、導光部材１００の前面１０５と光学部材２００の前面２１０から成る。図６に示すように、導光部材１００の前面１０５には、支持部６１ａおよび支持部６１ｂと各々当接する第１の位置決め基準７１ａおよび第３の位置決め基準７１ｂが形成されている。また、光学部材２００の前面２１０には、支持部６２ａおよび支持部６２ｂと各々当接する第２の位置決め基準７２ａおよび第４の位置決め基準７２ｂが形成されている。

図７に示すように、第１の位置決め基準７１ａは球面状に凹んだ形状であり、その直径は、支持部６１ａの直径と同等か、若干大きい。第２の位置決め基準７２ａは、Ｘ軸方向の中心軸を持つ円筒形状に凹んだ形状であり、その直径は、支持部６２ａの直径と同等か、若干大きい。第３の位置決め基準７１ｂおよび第４の位置決め基準７２ｂは、矩形に凹んだ形状である。凹んだ部分の底面は、ＸＹ平面に平行である。

すなわち、図５に示すように、フレーム５０１の支持部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、および６２ｂが、それぞれライトガイド５０の第１から第４の位置決め基準７１ａ、７１ｂ、７２ａ、および７２ｂと対向面において当接している。この構成により、フレーム５０１とライトガイド５０のＺ軸方向の相対位置が固定される。また、第１および第２の位置決め基準７１ａ、７１ｂにより、フレーム５０１およびライトガイド５０のＹ軸方向の相対位置が固定される。さらに、第１の位置決め基準７１ａにより、両者のＸ軸方向の相対位置が固定される。

第１の位置決め基準７１ａは、ＸＹＺ座標系において３軸方向にわたってフレーム５０１とライトガイド５０の位置関係を拘束する基準である。形成される虚像の光学性能を確保するためには、ライトガイド５０の光線入射部１０１とコリメート光学系３００との相対位置関係を高精度に維持する必要がある。そのためには、第１の位置決め基準７１ａをライトガイド５０においてコリメート光学系３００に近い側、すなわち導光部材１００における光線入射部１０１の裏側に配備することが望ましい。

また、本構成を採用した虚像表示装置をユーザが使用する際に、周囲の温度やユーザの体温等の影響により、構成部品が熱膨張する場合がある。第１の位置決め基準７１ａを光線入射部１０１側に配置することで、光線入射部１０１とコリメート光学系３００との距離が変化することを抑制することができる点でも、好ましい構成である。

図８に示すように、第１の位置決め基準１７１ａは円錐状又は角錐状であってもよい。第１の位置決め基準１７１ａは、球面状の支持部６１ａと線接触している。第１の位置決め基準１７１ａが円錐状又は角錐状である構成は、球面形状よりも加工が容易であり、好ましい。

図９に示すように、第２の位置決め基準１７２ａは、２つの平面によりＶ字に切り取られた凹んだ形状であってもよい。すなわち、第２の位置決め基準１７２ａは、三角柱状に凹んでいる。第２の位置決め基準１７２ａは、円筒状の支持部６２ａと線接触している。第２の位置決め基準１７２ａが円錐状又は角錐状であることにより、球面形状よりも加工が容易であり、好ましい。

図５に戻る。ライトガイド５０の面板５０５との対向面には、面板５０５と当接する突当部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、および８２ｂが形成されている。なお、突当部８１ａおよび８１ｂは、ライトガイド５０の長辺方向において光線入射部１０１と同じ側にあり、＋Ｙ側に突当部８１ａ、−Ｙ側に突当部８１ｂがある。突当部８１ａおよび８１ｂは、ライトガイド５０の長辺方向において光線入射部１０１とは反対側にあり、＋Ｙ側に突当部８２ａ、−Ｙ側に突当部８２ｂがある。突当部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、および８２ｂは、いずれも略球面状の凸部である。

図１０に示すように、面板５０５と突当部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、および８２ｂとの間に弾性部材６５を挿入してもよい。弾性部材６５があることで、フレーム５０１、面板５０５およびライトガイド５０にＺ軸方向の寸法誤差があっても、ライトガイド５０を支持部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、および６２ｂに確実に押圧させることができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、面板５０７ａおよび５０７ｂが、フレーム５０１の突き出した端面にそれぞれ固定されていてもよい。面板５０７ａおよび５０７ｂは、フレーム５０１の端面との固定部分と、ライトガイド５０の突当部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、および８２ｂとの当接部分を有するＸＹ平面上コの字型の平板の部材である。面板５０７ａは、フレーム５０１の＋Ｘ側の端面に固定され、突当部８１ａおよび８１ｂと当接している。面板５０７ｂは、−Ｘ側の端面に固定され、突当部８２ａおよび８２ｂと当接している。２枚の面板で構成することにより、面板の面積が小さくて済むため装置を軽量化することができる。

図５および図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、ライトガイド５０をフレーム５０１の支持部６１ａ、６１ｂ、６２ａ、および６２ｂに対してそれぞれ板ばね６６ａ、６６ｂ、６６ｃおよび６６ｄにより弾性力で押圧固定してもよい。板ばね６６ａ、６６ｂ、６６ｃおよび６６ｄは、フレーム５０１の突き出した端面にねじ等で固定すればよい。この構成は面板が不要になるため、さらに装置を軽量化することができる。

●たわみ補正手段の構成
図１３から図１８を参照して、虚像表示装置１が備えるたわみ補正手段について説明する。フレーム５０１の略中央の上部すなわち＋Ｙ側、および下部すなわち−Ｙ側に、各々たわみ補正手段が配置されている。フレーム５０１上部のたわみ補正手段は、凸部５２ａ、溝部８３ａ、および押圧部材６４ａを備える。また、フレーム５０１下部のたわみ補正手段は、凸部５２ｂ、溝部８３ｂ、および押圧部材６４ｂを備える。２つのたわみ補正手段は同じ構成なので、以降の説明ではフレーム５０１上部のたわみ補正手段５１ａについて説明する。

図１３に示すように、フレーム５０１の上部のうち、ライトガイド５０と対向する面には、たわみ補正手段５１ａの一部を構成する凸部５２ａが形成されている。凸部５２ａは、Ｙ軸方向に中心軸を持つ円筒状に突出した部位である。なお、凸部５２ａは、球面であってもよい。

図１４に示すように、凸部１５２ａは、Ｙ軸方向に中心軸を持つ角柱状に突出していてもよい。

図１５に示すように、凸部２５２ａは、略円筒形の部品５３をフレーム５０１に形成された矩形の溝部５４に挿入して構成してもよい。また、部品５３は、球面状や角柱状であってもよい。

すなわち、凸部５２ａ、１５２ａまたは２５２ａと後述する押圧部材６４ａとが、Ｙ軸方向に線接触しているか、点接触していればよい。

図１６および図１７に示すように、凸部５２ａとライトガイド５０の間には、くさび形の押圧部材６４ａが配置されている。押圧部材６４ａは、ライトガイド５０の長辺方向、すなわちＸ軸方向においてＺ軸方向の厚さが連続的に異なっている。押圧部材６４ａは、配置されている状態において＋Ｘ方向に至るほどＺ軸方向の厚さが小さくなっている。

また、フレーム５０１とライトガイド５０の対向面を互いに近づける向きに弾性力が作用する弾性部材６３ａが配置されている。弾性部材６３ａは、フレーム５０１とライトガイド５０とを挟み込むコの字型の部材である。弾性部材６３ａは、例えば板ばねである。

弾性部材６３ａのうちフレーム５０１と当接する部分は、フレーム５０１の溝部８３ａにはめ込まれている。溝部８３ａは、凸部５２ａの裏面に設けられている矩形のくぼみである。溝部８３ａにより、フレーム５０１に対する弾性部材６３ａの位置が維持される。また、溝部８３ａにより、弾性部材６３ａがカバー部材５０２と干渉するのを防ぐ。

●たわみ補正手段による補正手順
図１８に示すように、押圧部材６４ａの凸部５２ａとの当接面は、Ｘ軸方向に傾斜している。したがって、組立時に押圧部材６４ａをＸ軸方向に移動させることにより、凸部５２ａおよびライトガイド５０に当接する押圧部材６４ａの厚さを調整することができる。つまり、押圧部材６４ａをＸ軸方向に移動させてライトガイド５０を押圧することで、ライトガイド５０をＺ軸方向、すなわち図２Ａの矢印Ａ１およびＡ２で示したたわみ方向に変形させることができる。

具体的には、押圧部材６４ａを＋Ｘ方向に移動させることで、ライトガイド５０を−Ｚ方向に押圧することができる。したがって、ライトガイド５０が＋Ｚ方向に凸状にたわみ変形しているとき、押圧部材６４ａを＋Ｘ方向に移動させることでたわみを補正することができる。また、弾性部材６３ａの弾性力はライトガイド５０に対して常に＋Ｚ方向に作用しているため、押圧部材６４ａを−Ｘ方向に移動させることでライトガイド５０に＋Ｚ方向の力がかかる。ライトガイド５０が−Ｚ方向に凸状にたわみ変形しているとき、押圧部材６４ａを−Ｘ方向に移動させることでたわみを補正することができる。

押圧部材６４ａの移動距離とライトガイド５０を押圧する力との関係、いわゆる調整感度は、押圧部材６４ａの凸部５２ａとの当接面の傾きの程度や向きを適宜設計することにより決めることができる。押圧部材６４ａの移動方向とライトガイドの変形方向は、互いに垂直である。この構成により、ライトガイド５０が直接フレーム５０１に押圧されている構成よりも、調整感度を低くすることができる。調整感度を低くすることで、調整作業が容易になる。

ライトガイド５０のたわみ形状が補正された後、押圧部材６４ａとライトガイド５０は接着等により固定される。

図１９に示すように、フレーム５０１とライトガイド５０の当接部分において、ライトガイド５０側に凸部３５２が形成されていてもよい。凸部３５２は、Ｙ軸方向に中心軸を有する略円筒形状又は角錐形状、あるいは略球面状であってもよい。この構成によっても、押圧部材６４ａをＸ軸方向に移動させてライトガイド５０を押圧し、ライトガイド５０をＺ軸方向に変形させることができる。

●虚像表示装置（２）
図２０から図２２を用いて、本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。ここで、本実施の形態は、調整用ねじ５０３ａおよび５０３ｂによりたわみ補正手段を構成している。２つのたわみ補正手段は同じ構成なので、以降の説明ではフレーム５０１上部の各構成について説明する。

図２１に示すように、調整用ねじ５０３ａは、大小２つの略円筒が１本の中心軸上に設けられていて、２つの略円筒の側面を略円錐台のテーパー面５０４で接合した形状の部品である。大円筒５０３１の底面には、ねじを回転させるためのプラス状の穴が形成されている。小円筒５０３２の側面には、ねじが切ってある。

図２２に示すように、調整用ねじ５０３ａは、フレーム５０１の上面、すなわち＋Ｙ側の面に螺合されている。小円筒５０３２は、フレーム５０１とライトガイド５０との間に挟まれていて、テーパー面５０４がフレーム５０１およびライトガイド５０に当接している。大円筒５０３１および小円筒５０３２の中心軸は、ライトガイド５０の長辺方向に垂直、すなわちＹ軸に平行に配置されている。

調整用ねじ５０３ａをフレーム５０１に押しこむ向きに回転させる、すなわち−Ｙ方向に移動させることにより、テーパー面５０４がライトガイド５０の＋Ｚ側の面の中央部上方部を−Ｚ方向に押圧する。調整用ねじ５０３ａを引き抜く向きに回転させる、すなわち＋Ｙ方向に移動させると、弾性部材６３ａは、ライトガイド５０の−Ｚ側の面の中央部上方部を＋Ｚ方向に弾性力により押圧する。この構成は、−Ｙ側のたわみ補正手段も同様に構成されている。

調整用ねじ５０３ａを用いてたわみ補正手段を構成することにより、スクリュードライバなどの工具により容易に調整作業を行うことができるため、調整時間を短縮することができる。

調整用ねじ５０３ａの移動方向と、ライトガイド５０のたわみ変形の方向は互いに垂直になっている。調整用ねじ５０３ａの移動距離とライトガイド５０を押圧する力との関係、いわゆる調整感度を低くすることができるため、調整作業が容易になる。

●虚像表示装置（３）
図２３から図２８を用いて、本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。ここで、本実施の形態は、ライトガイド５０の当接部を挟持するアジャスタ６７ａおよび６７ｂによりたわみ補正手段を構成している。

図２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、ライトガイド５０の上面に備えられたたわみ補正手段は、ライトガイド５０の両面に各々形成された当接部６８ａおよび６９ａ、およびアジャスタ６７ａから構成される。また、ライトガイド５０の下面に備えられたたわみ補正手段は、ライトガイド５０の両面に各々形成された当接部６８ｂおよび６９ｂ、およびアジャスタ６７ｂから構成される。ライトガイド５０の上下に備えられたそれぞれのたわみ補正手段は同じ構成なので、ここでは、ライトガイド５０の下部に備えられた各構成について説明する。

図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、ライトガイド５０が備える導光部材１００の長辺方向略中央には当接部６９ｂが形成されている。また、光学部材２００の長辺方向略中央には当接部６８ｂが形成されている。当接部６８ｂおよび６９ｂは、表裏同じ位置に形成されている。当接部６８ｂおよび６９ｂは、略球面状に突出した部位である。

図２５に示すように、アジャスタ６７ｂは、ＹＺ断面形状が略コの字型で、外形が略直方体の部材である。アジャスタ６７ｂは、ライトガイド５０の当接部６８ｂおよび６９ｂを挟みこむように配置されている。

アジャスタ６７ｂのコの字の内側面には、互いに平行なスライド面６７１ａおよび６７１ｂを備えている。スライド面６７１ａおよび６７１ｂは、アジャスタ６７ｂの外側面に対して傾いている。アジャスタ６７ｂの内側面のうちスライド面６７１ａおよび６７１ｂを連結する面は、対向する外側面と平行である。

当接部６８ｂおよび６９ｂにおける頂点間の距離は、スライド面６７１ａおよび６７１ｂの距離と同等、またはわずかに大きい。そのため、アジャスタ６７ｂの弾性変形により、スライド面６７１ａおよび６７１ｂでライトガイド５０の当接部６８ｂおよび６９ｂを挟持している。

図２７は、図２６中に示したＡ−Ａ’断面のうち、アジャスタ６７ｂ近傍の様子を示す拡大断面図である。図２７に示すように、アジャスタ６７ｂのスライド面６９ａは当接部６８ａと当接しており、アジャスタ６７ｂのうちスライド面６７１ａに対向する外側面は、フレーム５０１と当接している。スライド面６７１ａはフレーム５０１の対向面に対して傾いており、スライド面６７１ａは−Ｘ方向になるほどフレーム５０１から離れている。

アジャスタ６７ｂを＋Ｘ方向に移動させると、当接部６８ｂおよび６９ｂが常にスライド面６７１ａおよび６７１ｂに当接した状態を維持するため、当接部６８ｂおよび６９ｂは−Ｚ方向に移動する。すなわち、ライトガイド５０は、図２７において下に凸形状になる方向に力が加えられる。また、アジャスタ６７ｂを−Ｘ方向に移動させると、当接部６８ｂおよび６９ｂは＋Ｚ方向に移動する。すなわち、ライトガイド５０は、図２７において上に凸形状になる方向に力が加えられる。

アジャスタ６７ｂをＸ軸方向に移動させることにより、ライトガイド５０のＺ軸方向のたわみを補正することができる。

ライトガイド５０のたわみ形状が補正された後、フレーム５０１とアジャスタ６７ｂは接着等により固定される。また、アジャスタ６７ｂとライトガイド５０の当接部６８ｂおよび６９ｂも、接着等により固定することが望ましい。

アジャスタ６７ｂの移動方向とライトガイド５０の変形方向は、互いに垂直である。この構成により、ライトガイド５０が直接フレーム５０１に押圧されている構成よりも、調整感度を低くすることができる。調整感度を低くすることで、調整作業が容易になる。

●虚像表示装置（４）
図２８から図３１を用いて、本発明に係る虚像表示装置の他の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。ここで、本実施の形態は、内側面に向かい合う２つの突起部を有するアジャスタ７５ａおよび７５ｂによりたわみ補正手段を構成している。ライトガイド５０の上下に備えられたそれぞれのたわみ補正手段は同じ構成なので、ここでは、ライトガイド５０の下部に備えられた各構成について説明する。

図２８Ａ、２８Ｂおよび図３１に示すように、ライトガイド５０が備える導光部材１００の長辺方向略中央には当接部７６ｂが形成されている。また、光学部材２００の長辺方向略中央には当接部７６ａが形成されている。当接部７６ａおよび７６ｂは、表裏同じ位置に形成されている。

当接部７６ａおよび７６ｂは、ライトガイド５０の前面側および後面側から見て矩形に凹んだくぼみである。当接部７６ａおよび７６ｂの底面は、互いに平行な平面である。当接部７６ａおよび７６ｂの底面は、また、ライトガイド５０の表面に対して傾いている。

図２９に示すように、アジャスタ７５ｂは、コの字型で外形が略直方体の部材である。アジャスタ７５ｂの内側面には向かい合う２つの突起部７７ａおよび７７ｂが設けられている。

当接部７６ａおよび７６ｂの間のＺ軸方向の距離は、突起部７７ａおよび７７ｂにおける頂点間の距離と同等、またはわずかに大きい。そのため、アジャスタ７５ｂにより、突起部７７ａおよび７７ｂでライトガイド５０の当接部７６ｂおよび７６ｂを弾性的に挟持している。

図３１は、図３０中に示したＢ−Ｂ’断面のうち、アジャスタ７５ｂ近傍の様子を示す拡大断面図である。図３２に示すように、アジャスタ７５ｂの突起部７７ａは当接部７６ａと当接しており、アジャスタ７５ｂのうち突起部７７ａに対向する外側面は、フレーム５０１と当接している。当接部７６ａはフレーム５０１の対向面に対して傾いており、当接部７６ａは−Ｘ方向になるほどフレーム５０１から離れている。アジャスタ７５ｂの突起部７７ｂは、当接部７６ｂと当接している。

アジャスタ７５ｂを＋Ｘ方向に移動させると、突起部７７ａおよび７７ｂは常に当接部７６ａおよび７６ｂに当接した状態を維持するため、当接部７６ａおよび７６ｂは−Ｚ方向に移動する。すなわち、ライトガイド５０は、図３１において下に凸形状になる方向に力が加えられる。また、アジャスタ７５ｂを−Ｘ方向に移動させると、当接部７６ａおよび７６ｂは＋Ｚ方向に移動する。すなわち、ライトガイド５０は、図３１において上に凸形状になる方向に力が加えられる。

アジャスタ７５ｂをＸ軸方向に移動させることにより、ライトガイド５０のＺ軸方向のたわみを補正することができる。

ライトガイド５０のたわみ形状が補正された後、フレーム５０１とアジャスタ７５ｂは接着等により固定される。また、補助的に、アジャスタ７５ｂとライトガイド５０の当接部７６ａおよび７６ｂも、接着等により固定することが望ましい。

アジャスタ７５ｂの移動方向とライトガイド５０の変形方向は、互いに垂直である。この構成により、ライトガイド５０が直接フレーム５０１に押圧されている構成よりも、調整感度を低くすることができる。調整感度を低くすることで、調整作業が容易になる。

フレーム５０１と面板５０５の距離をアジャスタ７５ｂの外側面の幅と略同寸法、又は前者を僅かに小さい寸法にすることで、アジャスタ７５ｂの−Ｚ軸側の面を面板５０５の＋Ｚ側の面に接触させてもよい。すなわち、アジャスタ７５ｂのうち突起部７７ｂに対向する外側面は、面板５０５と当接していてもよい。その場合、フレーム５０１、面板５０５およびアジャスタ７５ｂの３者をねじ締結や接着等の工法にて固定すればよい。

以上のように、上述した実施形態によれば、ライトガイドのたわみ変形を補正することができる虚像表示装置を提供することができる。

０ 光源
１０ 画像表示素子
５０ ライトガイド
６４ａ 押圧部材
６７ａ アジャスタ
６７ｂ アジャスタ
７５ａ アジャスタ
７５ｂ アジャスタ
１００ 導光部材
２００ 光学部材
１０１ 光線入射部
１０４ 光線射出部
３００ コリメート光学系
５０３ 調整用ねじ

特許４５０８６５５号 特開２０１４−９２６９６号

Claims (12)

1. コリメート光学系からの光束を光線入射部に入射して光線射出部に導光するライトガイドと、
   前記ライトガイドを保持するフレームと、
   前記ライトガイドおよび前記フレームに当接して配置される押圧部材を含むライトガイド位置調整部と、
   前記ライトガイド、前記フレームおよび前記押圧部材を挟んで保持する弾性部材と、
   を備え、
   前記ライトガイド位置調整部は、前記ライトガイドと前記フレームとの相対位置を調整可能とする、虚像表示装置。
2. 前記ライトガイド位置調整部は、前記押圧部材の押圧方向において、前記ライトガイドと前記フレームとの相対位置を調整可能とする、請求項1記載の虚像表示装置。
3. 前記押圧部材は、前記押圧部材の押圧方向と垂直な方向に移動可能である、請求項１又は２に記載の虚像表示装置。
4. 前記ライトガイド位置調整部は、前記ライトガイドと前記押圧部材との当接面、および前記フレームと前記押圧部材との当接面のうち、前記光線射出部に対して傾斜した斜面を第１面とすると、前記第１面に対向する他面には前記第１面に当接する凸部が設けられている、請求項１乃至３のいずれかに記載の虚像表示装置。
5. 前記第１面は前記押圧部材の前記フレームとの当接面であり、前記他面は前記フレームの前記押圧部材との当接面である、請求項４記載の虚像表示装置。
6. 前記第１面は前記押圧部材の前記ライトガイドとの当接面であり、前記他面は前記ライトガイドの前記押圧部材との当接面である、請求項４記載の虚像表示装置。
7. 前記ライトガイドは前記凸部の裏面に第２凸部を有し、前記押圧部材は前記第１面に平行で前記第２凸部に当接するスライド面を有する、請求項６記載の虚像表示装置。
8. 前記ライトガイドは、前記光線射出部に対して傾斜していて前記押圧部材に当接する当接部を備え、前記第１面は前記当接部であり、前記他面は前記押圧部材の前記当接部との当接面である、請求項４記載の虚像表示装置。
9. 前記ライトガイドは、前記当接部の裏面に前記当接部と平行な第２当接部を備え、前記押圧部材は、前記第２当接部に当接する第３凸部を備える、請求項８記載の虚像表示装置。
10. 前記第１面は、前記ライトガイドの長辺方向に垂直な方向に傾斜している、請求項４乃至９のいずれかに記載の虚像表示装置。
11. 前記ライトガイド位置調整部は、前記ライトガイドの長辺に垂直な方向に中心軸を有する円錐台を備え、前記円錐台の側面は前記ライトガイドおよび前記フレームに当接している、請求項１乃至３のいずれかに記載の虚像表示装置。
12. 前記フレームと前記ライトガイドは、それぞれの対向面に前記フレームおよび前記ライトガイドの相対位置を規制する位置決め基準を備え、前記位置決め基準は、前記光線入射部側に配置されている、請求項１乃至１１のいずれかに記載の虚像表示装置。

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