JP2020160115A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各部の位置調整に際して、装置内にゴミ等の異物を侵入させない虚像表示装置を提供すること。【解決手段】映像素子８０を収納するケース部材ＣＳと、映像素子８０からの映像光ＧＬを受ける光学系である投射レンズ３０を収納する鏡筒ＢＲと、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの間を覆う伸縮性の封止部材ＥＳとを備え、伸縮性を有する封止部材ＥＳにより、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの間を封止した状態で、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの間での位置調整を行う。【選択図】図８

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイに代表される虚像表示装置に関する。

ヘッドマウントディスプレイとして、例えば特許文献１に示すように、光学系に対してパネルを高精度位置決めし、その後、隙間部分をＵＶ樹脂等で充填することで、ゴミ封止構造を実現するものが知られている。なお、以下において、ヘッドマウントディスプレイをＨＭＤとも記載する。

特開２０１３−４８３９４号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、例えばパネルの高精度位置決めを実施する際等において、各部品に異物が付着してしまう可能性があり、その後のＵＶ樹脂等に充填によりゴミ封止構造を形成させる工程の前に、別途ゴミ除去等をしないと、表示部の表面へ異物を侵入させてしまう可能性がある。

本発明の一態様の虚像表示装置は、映像素子と、映像素子を収納するケース部材と、映像素子からの映像光を受ける光学系と、光学系を収納する鏡筒と、ケース部材と鏡筒との間を覆う伸縮性の封止部材とを備える。

実施形態に係る虚像表示装置を構成する光学系の一例を説明する斜視図である。 虚像表示装置を構成する光学系の一例を説明する別の斜視図である。 映像光の光路について示す概念的な平面図である。 虚像表示装置の概略した外観の一例を示す斜視図である。 図１の一部を拡大した斜視図である。 図２の一部を拡大した斜視図である。 図３のうち左眼用の映像光の光路についての概念的な平面図である。 表示装置の取付構造の一例について説明するための一部拡大斜視図である。 投射光学系を収納した鏡筒の一例について説明するための一部拡大斜視図である。 映像素子を収納したケース部材の一例について説明するための一部拡大斜視図である。 ケース部材と鏡筒との仮位置決めについて説明するための斜視図である。 位置調整の様子について一例を示す斜視図である。 映像素子の構造及び映像素子のケース部材への組込みについて一例を説明するための概念図である。 組付工程の一例を説明するための概念図である。

以下、図１等を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る虚像表示装置について、詳細に説明する。図１は、本実施形態の虚像表示装置１００を構成する光学系の一例を説明する斜視図であり、外装部材を除去した状態を示している。これに対して、図２は、別の斜視図として、図１の状態から鏡筒ＢＲを除去して内部に収納される投射レンズ３０を示したものとなっている。また、図３は、虚像表示装置１００における映像光ＧＬの光路についての概念的な平面図である。また、図４は、虚像表示装置１００の概略した外観の一例を示す斜視図である。なお、図５〜図７は、図１〜図３に対応する図であり、左眼用の部分について示した一部拡大図である。

図１等に示すように、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（ＨＭＤ）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（映像光）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、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂとを備える。図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、±Ｘ方向は、虚像表示装置１００を装着した観察者の両眼の並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、観察者にとっての両眼の並ぶ横方向に直交する下方向に相当し、＋Ｚ方向は、観察者にとっての前方向又は正面方向に相当する。

第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、右眼用の虚像と左眼用の虚像とをそれぞれ形成する部分である。右眼用の第１表示装置１００Ａは、観察者の眼前を透視可能に覆う第１虚像形成光学部１０１ａと、画像光を形成する第１像形成本体部１０５ａとを備える。左眼用の第２表示装置１００Ｂは、観察者の眼前を透視可能に覆う第２虚像形成光学部１０１ｂと、画像光を形成する第２像形成本体部１０５ｂとを備える。

第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂについては、映像形成デバイスである映像素子（表示素子）８０や、投射レンズ３０等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納するケース部材ＣＳや鏡筒ＢＲ等でそれぞれ構成されている。なお、これらは、さらに、カバー状の外装部材１０５ｄ（図４参照）により覆われることで、支持され、かつ、収納されている。

映像素子８０は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子で構成される映像表示素子とすることができる。また、映像素子８０は、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置や動作を制御する駆動制御部を有する構成としてもよい。ここでは、図示のように、また、既述のように、映像素子８０は、ケース部材ＣＳによって収納され、かつ、支持されている。

投射レンズ３０は、構成要素として、例えば図３に示すように、入射側光軸ＡＸが延びる方向（光軸方向）に沿って並ぶ複数の光学素子（図２等に示す例では、４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４）を備えて構成されている投射光学系である。ここでは、図示のように、また、既述のように、投射レンズ３０は、例えば樹脂成形により一体成形された鏡筒ＢＲによって収納され、かつ、支持されている。なお、投射レンズ３０を構成する光学要素すなわち４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４については、例えば非軸対称な非球面と軸対称な非球面との双方を含む非球面レンズを含んで構成することができる。この際、後述する第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂの導光部材（導光部材１０，１０ａ，１０ｂ）の光学面又は反射面と協働して当該導光部材の内部に中間像を形成するものとすることができる。

なお、以下において、例えば、右眼用と左眼用とで区別する場合には、右眼用の映像素子８０は、映像素子８０ａと記載し、左眼用の映像素子８０は、映像素子８０ｂと記載することもある。同様に、投射レンズ３０は、投射レンズ３０ａ，３０ｂと記載し、ケース部材ＣＳは、ケース部材ＣＳａ，ＣＳｂと記載し、鏡筒ＢＲは、鏡筒ＢＲａ，ＢＲｂと記載することもある。

第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる。図１等の例示では、第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂは、別体ではなく中央で連結されて一体的な部材である透視型導光ユニット１００Ｃを形成している。透視型導光ユニット１００Ｃは、導光によって観察者に両眼用の映像を提供する複合型の導光装置である。また、以上について見方を変えると、透視型導光ユニット１００Ｃは、一対の導光部材１０ａ，１０ｂと光透過部材である中央部材５０とを備えており、第１虚像形成光学部１０１ａは、導光部材１０ａと中央部材５０の右半分である光透過部５０Ａとによって形成されている。同様に、第２虚像形成光学部１０１ｂは、導光部材１０ｂと中央部材５０の左半分である光透過部５０Ｂとによって形成されている。なお、導光部材１０ａ，１０ｂについて、まとめて導光部材１０と記載することもある。

なお、例えば、図４において概略した外観の一例を示すように、虚像表示装置１００のうち、透視型導光ユニット１００Ｃは、例えば両端において、カバー状の外装部材１０５ｄによって支持されている。さらに、当該外装部材１０５ｄの左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が、例えばヒンジ（図示略）によって回動可能に取り付けられている。以上により、虚像表示装置１００は、外観形状が構成されるとともに、これらの各部を観察者の耳やこめかみ等に当接させることで、装着状態を確保する。

以下、図５等を参照して、虚像表示装置１００による映像光ＧＬの導光のための構造等について、一例を概念的に説明する。虚像表示装置１００は、既述のように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂ（図１〜図３参照）で構成されるが、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、左右対称で同等の構造を有するため、図１〜図３にそれぞれ対応する図である図５〜図７では、第２表示装置１００Ｂについてのみ示すとともにこれについてのみ説明し、第１表示装置１００Ａについては説明を省略する。なお、既述のように、図５〜図７は、図１〜図３のうち左眼用の各部を構成する箇所についての一部拡大図であり、特に光学系の部分を抽出したものとなっている。また、図５等において、ｘ、ｙ、及びｚは、直交座標系であり、ｚ方向は、第２表示装置１００Ｂを構成する光学系の光軸方向に相当し、ｘ方向及びｙ方向は、ｚ方向を法線方向とする映像素子８０ｂ（８０）のパネル面内の面内方向に相当し、ｘ方向が水平方向に相当し、ｙ方向が鉛直方向に相当する。

また、既述のように、第２表示装置１００Ｂは、映像光ＧＬを形成し、さらに、導光するための光学部品として、映像形成デバイスである映像素子（画像表示装置）８０ｂと、結像用の投射光学系である投射レンズ３０ｂと、映像素子８０ｂ及び投射レンズ３０ｂを経た映像光ＧＬを導光する第２虚像形成光学部１０１ｂとを備える。なお、第２虚像形成光学部１０１ｂは、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０ｂと、中央部材５０の一部である透視用の光透過部５０Ｂとで構成されている。

ここで、映像素子８０ｂは、ケース部材ＣＳｂに収納されており、投射レンズ３０ｂは、鏡筒ＢＲｂに収納されている。さらに、図８に例示するように、ケース部材ＣＳｂと鏡筒ＢＲｂとについて、これらの間は、伸縮性の封止部材ＥＳによって覆われている。これにより、ケース部材ＣＳｂと鏡筒ＢＲｂとの間での位置調整、すなわちこれらに収納されている映像素子８０ｂと投射レンズ３０ｂとの間での位置調整に際して、密閉された状態が維持されることで、ゴミ等が入り込むことを回避可能としている。すなわち、封止部材ＥＳは、伸縮性を有することで、上記位置調整に際して、ケース部材ＣＳｂから鏡筒ＢＲｂまでにおいて映像光の光路が占める範囲を含む空間を形成させつつ、当該空間の周囲を隙間無く包み込んでいる。これにより、鏡筒ＢＲｂ等へのゴミの侵入を防ぐ侵入防止のカバーとして機能する。

図５等に戻って、映像形成デバイスである映像素子８０ｂは、矩形状であり、矩形状の像面を形成して、像面の各位置から映像光ＧＬを射出する。ここでは、像面の法線方向をｚ方向とする。すなわち、ｚ方向は、投射レンズ３０の光軸が延びる光軸方向に一致しているものとする。また、ｚ方向に垂直な像面の面内方向のうち、矩形の像面あるいは映像素子８０ｂの一方向がｘ方向に一致しているものとする。したがって、像面の面内方向に関して、ｘ方向に垂直な方向がｙ方向となる。なお、ここでは、当該矩形の長手方向をｘ方向としている。

投射レンズ３０ｂは、入射側光軸ＡＸに沿って並ぶ４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４を経た映像光ＧＬを、第２虚像形成光学部１０１ｂを構成する導光部材１０ｂに向けて射出させる。

第２虚像形成光学部１０１ｂは、投射レンズ３０ｂからの映像光ＧＬを導光する。このため、第２虚像形成光学部１０１ｂは、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０ｂと、透視用の光透過部５０Ｂとで構成されている。また、第２虚像形成光学部１０１ｂは、表面部分に保護層であるハードコート層が設けられていることによって本体部材が被覆され、保護されている。第２虚像形成光学部１０１ｂは、例えば鏡筒ＢＲｂ等の光学部品保持部材にネジ止めされることにより、投射レンズ３０に対して精度よく位置決め固定されている。

以下、第２虚像形成光学部１０１ｂにおける映像光ＧＬの導光のための構成の詳細について説明する。図７に例示するように、まず、第２虚像形成光学部１０１ｂのうち、導光部材１０ｂは、光学的な機能を有する側面として、第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５を有している。これらのうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置されている。第２面Ｓ１２の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜（半透過反射膜）であり、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映像光に対する反射率が適宜設定されている。つまり、導光部材１０ｂが、観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有している。

第２虚像形成光学部１０１ｂのうち、光透過部５０Ｂは、導光部材１０ｂの透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０ｂと一体的に固定され１つの第２虚像形成光学部１０１ｂとなっている。光透過部５０Ｂは、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。第２透過面Ｓ５２は、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０ｂの第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、第２面Ｓ１２に対し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、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。言い換えると、第１面Ｓ１１と第１透過面Ｓ５１とが隣接し、同様に、第３面Ｓ１３と第３透過面Ｓ５３とが隣接しており、いずれも面一に位置合わせされた状態となった滑らかな面を形成している。

以下、図７を参照して、第２虚像形成光学部１０１ｂにおける映像光ＧＬの光路について概略説明する。導光部材１０ｂは、投射レンズ３０から映像光ＧＬを入射させるすなわち映像光ＧＬを受けるとともに第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５での反射等により観察者の眼ＥＹに向けて導光する。具体的には、投射レンズ３０からの映像光ＧＬは、まず、第４面Ｓ１４に入射して第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して全反射され、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層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。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹ又はその等価位置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により画像を観察することになる。

また、第２虚像形成光学部１０１ｂは、上述したように導光部材１０ｂにより観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材１０ｂと光透過部５０Ｂとの協働により観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面（視度略０）となっていることで、外界光について、収差等をほとんど生じない。また、同様に、第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とが互いに略平行な平面となっている。さらに、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。以上により、観察者は、光透過部材としての中央部材５０越しに歪みのない外界像を観察することになる。

以上のように、本実施形態では、導光部材１０ｂの内部において、映像素子８０ｂからの映像光を、既述のように、少なくとも２回の全反射を含む第１面Ｓ１１から第５面Ｓ１５までにおける５回の反射によって導光している。これにより、映像光の表示と外界光を視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光ＧＬの収差の補正を行うことが可能になる。

上記のような構成は、第１表示装置１００Ａ（図１参照）においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。

ここで、上記のような画像を形成する光学系を構成する製作工程に際して、各光学系の位置合わせが非常に重要となる。特に、虚像表示装置１００のように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂを有して左右の眼にそれぞれ画像を視認させる構成の場合、片眼のみでの位置合わせのみならず、右眼側と左眼側との間でのバランスを考慮した位置合わせが重要となる。より具体的には、投射レンズ３０ａ，３０ｂをそれぞれ収納した鏡筒ＢＲａ，ＢＲｂを、透視型導光ユニット１００Ｃに組み付けた後の状態において、映像素子８０ａ，８０ｂを収納したケース部材ＣＳａ，ＣＳｂを、鏡筒ＢＲａ，ＢＲｂに取り付ける（パネル調整工程）際の位置決め精度が非常に重要となる。特に、このパネル調整工程に際して、仮に、各部品に異物が付着してしまうと、表示部である映像素子８０ａ，８０ｂの表面へ異物を侵入させ、結果的に画像劣化を招いてしまう可能性がある。

これに対して、本実施形態では、上記問題に対応すべく、図８に示すように、虚像表示装置１００は、映像素子８０（８０ａ，８０ｂ）を収納するケース部材ＣＳ（ＣＳａ，ＣＳｂ）と、投射レンズ３０（３０ａ，３０ｂ）を収納する鏡筒ＢＲ（ＢＲａ，ＢＲｂ）との間を、伸縮性の封止部材ＥＳによって覆っている。虚像表示装置１００は、伸縮性の封止部材ＥＳにより封止した状態で、ケース部材ＣＳに収納された映像素子８０の位置調整や、その後の組立てが行えるようなるので、これらの作業の際に、異物を侵入させないようにできる。

封止部材ＥＳは、粘着部を有する透明のテープ状部材である。すなわち、封止部材ＥＳは、紫外線透過性を有すべく透明の部材であり、さらに、映像素子８０及び投射レンズ３０に巻き付けることで、固着可能となるように、粘着部を有するテープ状となっている。例えば、封止部材ＥＳとして、基材レステープと呼ばれるテープ自体が粘着性を有するものを利用することが考えらえる。なお、基材レステープを使用した場合、自身に粘着性があるため、封止後、内部で発生したゴミをくっ付ける作用を併せて有することになる。

図示の例では、鏡筒ＢＲの側面に掘込み部ＤＧを設け、ケース部材ＣＳの側面に掘込み部ＤＧに対応する突起部ＰＲを設け、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの接合に際して、これらを嵌め合わせ、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの間を封止部材ＥＳで巻きつけるとともに、掘込み部ＤＧや突起部ＰＲ等に紫外線硬化性樹脂ＵＲとなるべき接着剤ＡＨを塗布している。これらにより、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの間を隙間なく密閉した状態で、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの相対的位置関係を調整可能としている。なお、各掘込み部ＤＧとこれに対応する各突起部ＰＲとの間には、適宜マージン（例えば±ｙ方向について片側に０．６ｍｍ程度）が設けられていることによって嵌め合わせ後において位置調整が可能となっている。

上記のような状態において、位置調整後、封止部材ＥＳ越しに紫外線を照射することで接着剤ＡＨを硬化させ、紫外線硬化性樹脂ＵＲ（あるいは紫外線硬化性樹脂による固着部ＵＲ）を形成させることで位置決め固定している。すなわち、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとは、紫外線硬化性樹脂ＵＲにより接着あるいは固着されている。

なお、封止部材ＥＳとしては、種々のものが適用可能であるが、例えば、アクリル系粘着剤を使用した基材のない接着剤転写テープを採用することが考えられる。これにより、必要に足る紫外線透過性があり、位置調整において必要な移動量を満たす伸縮性を有し、かつ、伸縮に伴って発生する応力を、パネル調整工程での位置決め固定後において影響しない程度に抑えることができる。また、この場合、封止部材ＥＳが、高い接着力を有し、かつ、剪断保持力に優れ、永久接着用途に適したものにできる。

以下、図９等を参照して、上述した封止箇所に関する構造について、一例を説明する。図９は、投射レンズ３０を収納した鏡筒ＢＲの一例について説明するための一部拡大斜視図であり、図８等に示すケース部材ＣＳとの接続側について示した図である。また、図１０は、映像素子８０を収納したケース部材ＣＳの一例について説明するための一部拡大斜視図であり、図８等に示す鏡筒ＢＲとの接続側について示した図である。

まず、図９に示すように、鏡筒ＢＲは、ケース部材ＣＳ（図１０参照）に接続される側の端部ＴＴｒにおいて、側面に掘込み部ＤＧを有している。掘込み部ＤＧは、投射レンズ３０の入射側光軸ＡＸ（図７等参照）が延びる方向であるｚ方向に沿って延びている。さらに、端部ＴＴｒの端面ＴＳｒには、封止部材ＥＳ（図８参照）の取付けに際して仮位置決めするためのリブＲＩが設けられている。リブＲＩは、図示のように、端面ＴＳｒ上において、四隅に設けられたＬ字状の突起部である。

一方、図１０に示すように、ケース部材ＣＳは、鏡筒ＢＲ（図９参照）に接続される側の端部ＴＴｓにおいて、掘込み部ＤＧ（図９参照）に対応する突起部ＰＲを有している。突起部ＰＲは、掘込み部ＤＧと同様、ｚ方向に沿って延びている。さらに、端部ＴＴｓの端面ＴＳｓには、Ｌ字状のリブＲＩ（図９参照）に対応した形状の輪郭を有する嵌合部ＰＳが設けられている。すなわち、リブＲＩと嵌合部ＰＳとが協働することで、これらは、ケース部材ＣＳ及び鏡筒ＢＲへの封止部材ＥＳの取付けに際してケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとを当接させて仮位置決めする仮位置決め部ＴＰとして機能する。

以下、図１１等を参照して、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの位置決めについてより詳細な一例を説明する。

図１１は、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの仮位置決め、すなわち正式な位置決めの前段階として、封止部材ＥＳ等をとりつけるための仮位置決め部ＴＰによる位置決めについて説明するための斜視図である。

図示のように、また、既述のように、仮位置決めは、リブＲＩと嵌合部ＰＳとで構成される仮位置決め部ＴＰによりなされる。具体的には、図１１において状態α及びその一部拡大図である状態βに示すように、鏡筒ＢＲのリブＲＩに、ケース部材ＣＳの嵌合部ＰＳを嵌合させた状態とすることで、仮位置決めがなされ、この状態で、封止部材ＥＳを巻きつける（例えば図８参照）。さらに、封止部材ＥＳの巻き付け前に、あるいは、封止部材ＥＳの巻き付け後に、掘込み部ＤＧと突起部ＰＲとの隙間等に紫外線硬化性樹脂ＵＲを充填させる。ここでは一例として、まず、紫外線硬化性樹脂ＵＲが、掘込み部ＤＧと突起部ＰＲとの間に塗布され、その後、封止部材ＥＳが巻きつけられ、封止部材ＥＳが、少なくとも紫外線硬化性樹脂ＵＲの一部を覆っている状態となっているものとする。

以上により、例えば図１２において状態γとして示すように、封止部材ＥＳ単独、あるいは封止部材ＥＳと紫外線硬化性樹脂ＵＲ（あるいは紫外線硬化性樹脂ＵＲとなるべき接着剤ＡＨ）との協働によって、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの間を隙間なく密閉した状態で、鏡筒ＢＲとケース部材ＣＳとの相対的位置関係を調整可能な状態が形成される。具体的には、上記のような封止部材ＥＳ等により仮位置決めの状態において密閉を維持し、鏡筒ＢＲを治具（不図示）により固定しておく一方、ケース部材ＣＳをｘ方向及びｙ方向すなわち映像素子８０の面内方向について動かし、さらに、ｚ方向すなわち光軸方向についても動かすことで、高精度な位置調整が可能となる。この際、例えばリブＲＩの高さを十分小さくしておくこと（例えば０．１ｍｍ程度）で、リブＲＩを乗り越えて位置調整を行うことが可能である。また、上記のようなｘ方向、ｙ方向及びｚ方向についての調整に加え、さらに、傾き等を調整してもよい。すなわち、６軸方向について調整可能としてもよい。

上記のような調整による位置確定の後、封止部材ＥＳ越しに紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂ＵＲを硬化させることでケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとが固着され、状態δに示すように、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの位置関係すなわち映像素子８０と投射レンズ３０との位置関係が所望の状態で確定される。

以下、図１３及び図１４を参照して、上記した製作の工程について一例を説明する。まず、位置調整に関する製作の工程を説明するための前提として、図１３の概念図を参照して、映像素子８０の構造及び映像素子８０のケース部材ＣＳへの組込みについて、一例を説明する。図中、状態Ｘ１は、映像素子８０の一例を斜視図で示したものであり、状態Ｘ２は、映像素子８０の一例を側面図で示したものである。また、状態Ｘ３は、映像素子８０をケース部材ＣＳに収納した様子を示している。

図示のように、映像素子８０は、ケース部材ＣＳに収納される矩形の板形状の本体部分８０ｐと、本体部分８０ｐから接続されて延びるＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）部８０ｆとを有する。このうち、本体部分８０ｐは、各種回路等が配置されるとともに本体部分８０ｐの外形を形作るシリコン基板ＳＳと、有機ＥＬ材料を含んで構成される有機ＥＬ素子であって映像光となるべきカラーの光を発生させる発光部８０ｋと、シリコン基板ＳＳと協働して発光部８０ｋを密閉する封止用の保護ガラスＧＧとを備える。映像素子８０は、ＦＰＣ部８０ｆから受けた駆動信号に従い発光動作を行うことで、保護ガラスＧＧ側すなわち＋ｚ側へ向けて映像光を射出させる。また、状態Ｘ３に示すように、ケース部材ＣＳは、映像素子８０のうち映像光を射出する側の反対側を開放させて露出させた状態とする放熱構造部を設けつつ、映像素子８０を支持・固定している。この場合、例えば、シリコン基板ＳＳの裏側部分のうちケース部材ＣＳから露出させた部分に放熱部を設けることで、映像素子８０の放熱を促進させることができる。

以下、図１４の概念図を参照して、図１３のようにして映像素子８０を収納したケース部材ＣＳを、投射レンズ３０を収納する鏡筒ＢＲへ組付ける組付工程の一例を説明する。まず、工程Ｐ１に示すように、組付けの対象であるケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとを準備する（準備工程）。例えば、鏡筒ＢＲ側を治具（図示略）等により固定しておく一方、ケース部材ＣＳについては、位置調整可能に治具（図示略）に取り付けられている。なお、位置調整については、工程Ｐ２に示すように、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に対応する３つの双方向矢印Ａ１〜Ａ３に示す方向について調整可能とするほか、さらに回転についての姿勢調整も可能とし、６軸方向に位置調整可能であるようにすることが考えられる。次に、工程Ｐ２に示すように、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの仮位置決めを行いつつ（仮位置決め工程）、鏡筒ＢＲの掘込み部ＤＧと、掘込み部ＤＧに対応するケース部材ＣＳの突起部ＰＲとの間に接着剤ＡＨを充填し（充填工程）、さらに、伸縮性の封止部材ＥＳを巻きつけてケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの間を密閉状態にする（密閉工程）。なお、封止部材ＥＳの巻きつけに際しては、余計なテンション（張力）が掛からないようにしつつ、隙間なく巻きつける。また、ここで、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの隙間ＣＬの大きさすなわち図中における隙間ＣＬの幅Ｈ１は、例えば、封止部材ＥＳの幅Ｈ２よりも２ｍｍ以上狭いようにすることが考えられる。この場合、封止部材ＥＳの接着代について、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの双方に対して、少なくとも１ｍｍ以上の幅を確保させることが可能になるため、上記のように封止状態でケース部材ＣＳを調整しても、すなわちパネル位置を調整しても、十分な密着状態が得られる。

以上のような状況とした上で、３つの双方向矢印Ａ１〜Ａ３について、さらには、３つの双方向矢印Ａ１〜Ａ３を軸方向とする３つの軸回転について位置調整を行う（パネル位置調整工程）。特に、本願のように、左右の眼に合わせて一対の構成とした場合、一方の調整位置に応じて、他方の位置を合わせるようにできる。調整位置が確定すると、工程Ｐ３に示すように、透明すなわち紫外線透過性の封止部材ＥＳの外側（例えば側方側）から接着剤ＡＨに向けて紫外線ＵＶを照射させる。紫外線ＵＶが封止部材ＥＳを透過して接着剤ＡＨに照射してこれを硬化させることで、紫外線硬化性樹脂ＵＲを形成させ、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの相対的な配置関係を確定させる（本位置決め工程）。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００は、映像素子８０を収納するケース部材ＣＳと、映像素子８０からの映像光ＧＬを入射させるすなわち映像光ＧＬを受ける光学系である投射レンズ３０を収納する鏡筒ＢＲと、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの間を覆う伸縮性の封止部材ＥＳとを備える。これにより、虚像表示装置１００では、伸縮性を有する封止部材ＥＳにより、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの間を封止した状態で、ケース部材ＣＳに収納された映像素子８０と鏡筒ＢＲに収納された光学系である投射レンズ３０との間での位置調整や、その後の組立が行えるようになるので、これらの作業の際において、異物を侵入させないようにできる。

〔その他〕
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る。

上記において、例えば、左右の眼に応じて設けられた第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂの双方において、ケース部材ＣＳ、鏡筒ＢＲ及び封止部材ＥＳを有することで、それぞれ位置調整可能なものとしているが、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂのうち少なくとも一方において上記構造を有することで、もう一方に対して位置合わせ（位置決め）を行うことが可能となり、かつ、当該位置合わせにおいてゴミの侵入を回避できる。

また、上記では、封止部材ＥＳを、紫外線透過性を有すべく透明の部材としているが、例えば封止部材ＥＳ越しに紫外線照射を行わずに別な方法で紫外線硬化性樹脂ＵＲに相当する固着部を形成できる場合には、封止部材ＥＳを透明としないあるいは紫外線透過性としない構成にしてもよい。また、歩留りや効率性等について配慮できれば、当該固着部について、紫外線硬化性の以外の接着剤を適用することも考えられる。すなわち、時間経過とともに硬化するものや、熱硬化するものについても適用され得る。

また、封止部材ＥＳの厚みについては、使用する材料等に応じて、種々考えられるが、薄い方が好ましい場合が多く、例えば０．２〜０．３ｍｍ程度とすることが考えられる。

また、上記では、映像素子８０の素子基板をシリコン基板としているが、必要に足りる放熱や位置精度が確保される場合には、石英ガラス等の他の部材を使用することも可能である。

また、上記において、ケース部材ＣＳを熱伝導性の高い金属製とする場合のほか、映像素子８０の放熱や収納位置精度が確保されれば、例えば樹脂材料等、種々の材料を適用する、あるいはケース部材ＣＳの一部に適用するものとしてもよい。

また、上記において、映像素子８０としては、種々のものを利用可能であり、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。

上記の説明では、第２面Ｓ１２のハーフミラー層を例えば金属反射膜や誘電体多層膜としたが、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。また、第５面Ｓ１５についても、ミラー反射面とする場合のほか、ホログラム素子で構成することも可能である。

上記の説明では、導光部材１０等が眼の並ぶ横方向に延びているが、導光部材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、導光部材１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

上記の説明では、画像光と外界光とを重畳させる態様についてのみ説明しているが、例えば重畳させずに画像光のみにする態様と外界光のみにする態様とを切り替えて観察することができる虚像表示装置において適用してもよい。一例としては、いわゆる仮想現実（ＶＲ）の画像形成を行う表示装置に対しても、本願を適用することができる。

また、位置調整の対象となる光学系は、上記のような投射レンズの場合に限らず、直視型の光学系、観察光学系のようなものについても対象となり得る。

また、本願発明の技術を、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させるものとしてもよい。

また、本願発明の技術、すなわち画像表示装置（映像素子）のユニット化において放熱のための構造を有したケーシング（映像素子ユニット構造）を、カメラのファインダーや小型のプロジェクター等の表示装置において利用することも可能である。

また、上記では、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの接着あるいは固着について、接着剤ＡＨを硬化させ、紫外線硬化性樹脂ＵＲを形成させることで位置決め固定しているものとしている。すなわち、化学反応による分子同士の結合により、ケース部材ＣＳと鏡筒ＢＲとの二つの物体がぴったりくっついて離れない状態としている。しかしながら、当該二つの物体の間の接着力の強度については、すなわち接着や固着の態様については、目的等に応じて種々のものが考えられる。例えば、既述のように、接着の結果、固着するすなわち固くくっ付いた状態になるようなものを接着剤として使用する場合のほか、ヘッドマウントディスプレイの落下時において、破損を防止するため、接着後においてもある程度の弾性を有する材料を接着剤として使用することが考えられる。

また、鏡筒ＢＲの側面に設けた掘込み部ＤＧについても、種々の形状にすることが考えられ、例えば、掘込み部ＤＧによって硬化する前の接着剤ＡＨのたまりを作るようにすることで、仮位置決め（仮固定）時において紫外線硬化樹脂ＵＲとなるべき接着剤ＡＨが流れて、意図しない範囲に流出してしまうことを防止できる。

以上のように、本発明の一態様の虚像表示装置は、映像素子と、映像素子を収納するケース部材と、映像素子からの映像光を受ける光学系と、光学系を収納する鏡筒と、ケース部材と鏡筒との間を覆う伸縮性の封止部材とを備える。

上記虚像表示装置では、伸縮性を有する封止部材により、ケース部材と鏡筒との間を封止した状態で、ケース部材に収納された映像素子と鏡筒に収納された光学系との間の位置調整や、その後の組立が行えるようになるので、これらの作業の際において、異物を侵入させないようにできる。

本発明の具体的な側面では、封止部材は、粘着部を有する透明のテープ状部材である。この場合、粘着部により封止部材をケース部材と鏡筒との間の所望の位置に固定させ、かつ、ケース部材と鏡筒との間を覆った状態で内部への光照射が可能になる。

本発明の別の側面では、封止部材は、紫外線透過性を有し、ケース部材と鏡筒とは、紫外線硬化性樹脂により固着されている。この場合、紫外線硬化性樹脂による固着を、封止部材越しに行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部材及び鏡筒の一方は、掘込み部を有し、ケース部材及び鏡筒の他方は、掘込み部に対応する突起部を有し、紫外線硬化性樹脂は、掘込み部と掘込み部との間に塗布され、封止部材は、少なくとも紫外線硬化性樹脂の一部を覆っている。この場合、封止部材単独で、あるいは封止部材と紫外線硬化性樹脂（あるいは紫外線硬化性樹脂となるべき接着剤）との協働によって、鏡筒とケース部材との間を隙間なく密閉した状態を維持しつつ、鏡筒とケース部材との相対的位置関係を調整可能な状態が形成できる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部材と鏡筒との間は、封止部材及び紫外線硬化性樹脂により密閉されている。この場合、封止部材と紫外線硬化性樹脂（あるいは紫外線硬化性樹脂となるべき接着剤）との協働によって確実な密閉ができる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部材及び鏡筒への封止部材の取付けに際してケース部材と鏡筒とを当接させて仮位置決めする仮位置決め部を備える。この場合、封止部材の取付けを確実に行いつつ、封止部材の取付け後において、所望の位置調整ができる。

本発明のさらに別の側面では、仮位置決め部は、仮位置決めに際して接続される端部の四隅に設けられたＬ字状の突起部である。この場合、突起部により、精度の高い仮位置決めが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、左右の眼に応じて設けられた第１表示装置及び第２表示装置のうち少なくとも一方において、ケース部材、鏡筒及び封止部材を有する。この場合、左右のバランスをとりつつ位置調整を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、鏡筒に対して位置決め固定されており、光学系からの映像光を導光する導光部材を有する。この場合、光学系を収納する鏡筒に対して精度よく位置決めされた導光部材により、光学系からの映像光を導光できる。

本発明のさらに別の側面では、ケース部材と鏡筒との隙間の大きさは、封止部材の幅よりも２ｍｍ以上狭い。この場合、この場合、十分な密着状態を維持できる封止部材の接着代が得られる。

本発明の一態様の虚像表示装置の製造方法は、映像素子を収納するケース部材と、映像素子からの映像光を受ける光学系を収納する鏡筒との間を、伸縮性の封止部材で覆い、封止部材で覆われた状態でケース部材と鏡筒との位置決めをする。

上記虚像表示装置の製造方法では、虚像表示装置の製造に際して、伸縮性を有する封止部材により、ケース部材と鏡筒との間を封止した状態で、ケース部材に収納された映像素子と鏡筒に収納された光学系との間の位置調整や、その後の組立が行えるようになるので、これらの作業の際において、異物を侵入させないようにできる。

本発明の具体的な側面では、左右の眼に応じて設けられた第１表示装置及び第２表示装置のうち少なくとも一方において、位置決めをする。この場合、虚像表示装置の製造に際して、左右のバランスをとりつつ位置調整を行うことができる。

１０，１０ａ，１０ｂ…導光部材、３０，３０ａ，３０ｂ…投射レンズ、５０…中央部材、５０Ａ…光透過部、５０Ｂ…光透過部、８０，８０ａ，８０ｂ…映像素子、８０ｆ…ＦＰＣ部、８０ｋ…発光部、８０ｐ…本体部分、１００…虚像表示装置、１００Ｃ…透視型導光ユニット、１０４…テンプル、１０５ｄ…外装部材、Ａ１〜Ａ３…双方向矢印、ＡＨ…接着剤、ＡＸ…入射側光軸、ＢＲ，ＢＲａ，ＢＲｂ…鏡筒、ＣＬ…隙間、ＣＳ，ＣＳａ，ＣＳｂ…ケース部材、ＤＧ…掘込み部、ＥＳ…封止部材、ＥＹ…眼、ＧＧ…保護ガラス、ＧＬ…映像光、Ｈ１，Ｈ２…幅、ＬＳ１〜ＬＳ４…レンズ、Ｐ１〜Ｐ３…工程、ＰＲ…突起部、ＰＳ…嵌合部、ＲＩ…リブ、ＳＳ…シリコン基板、ＴＰ…仮位置決め部、ＴＳｒ，ＴＳｓ…端面、ＴＴｒ，ＴＴｓ…端部、ＵＲ…紫外線硬化性樹脂、ＵＶ…紫外線、Ｘ１〜Ｘ３…状態、α〜δ…状態

Claims (12)

1. 映像素子と、
   前記映像素子を収納するケース部材と、
   前記映像素子からの映像光を受ける光学系と、
   前記光学系を収納する鏡筒と、
   前記ケース部材と前記鏡筒との間を覆う伸縮性の封止部材と
   を備える虚像表示装置。
2. 前記封止部材は、粘着部を有する透明のテープ状部材である、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記封止部材は、紫外線透過性を有し、
   前記ケース部材と前記鏡筒とは、紫外線硬化性樹脂により接着されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 前記ケース部材及び前記鏡筒の一方は、掘込み部を有し、
   前記ケース部材及び前記鏡筒の他方は、前記掘込み部に対応する突起部を有し、
   前記紫外線硬化性樹脂は、前記掘込み部と前記前記掘込み部との間に塗布され、
   前記封止部材は、少なくとも前記紫外線硬化性樹脂の一部を覆っている、請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記ケース部材と前記鏡筒との間は、前記封止部材及び前記紫外線硬化性樹脂により密閉されている、請求項３及び４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記ケース部材及び前記鏡筒への前記封止部材の取付けに際して前記ケース部材と前記鏡筒とを当接させて仮位置決めする仮位置決め部を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記仮位置決め部は、仮位置決めに際して接続される端部の四隅に設けられたＬ字状の突起部である、請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 左右の眼に応じて設けられた第１表示装置及び第２表示装置のうち少なくとも一方において、前記ケース部材、前記鏡筒及び前記封止部材を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記鏡筒に対して位置決め固定されており、前記光学系からの映像光を導光する導光部材を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記ケース部材と前記鏡筒との隙間の大きさは、前記封止部材の幅よりも２ｍｍ以上狭い、請求項１〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 映像素子を収納するケース部材と、前記映像素子からの映像光を受ける光学系を収納する鏡筒との間を、伸縮性の封止部材で覆い、
    前記封止部材で覆われた状態で前記ケース部材と前記鏡筒との位置決めをする、
    虚像表示装置の製造方法。
12. 左右の眼に応じて設けられた第１表示装置及び第２表示装置のうち少なくとも一方において、前記位置決めをする、請求項１１に記載の虚像表示装置の製造方法。

Images