JP2021193403A - 導光型表示装置及び導光板の位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の温度変化に伴う画質の低下を、より簡便な方法でより確実に抑制すること。【解決手段】本開示に係る導光型表示装置は、画像を観察者の瞳に導光する導光板と、前記導光板を支持し、２つの固定部材が設けられる支持部材と、を備え、前記導光板は、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部と、前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、を有し、前記２つの固定部材のそれぞれが前記第１開口部及び前記第２開口部に挿入される。【選択図】図２

Description

本開示は、導光型表示装置及び導光板の位置決め方法に関する。

画像生成装置によって生成された２次元画像を導光板により観察者の瞳の位置まで導光し、２次元画像を観察者に観察させる画像表示装置が、各種提案されている。

ここで、上記のような導光板が温度変化によって膨張又は収縮すると、２次元画像の導光状態が変化することで、２次元画像が本来導光される位置からずれて導光されてしまい、観察者が観察する２次元画像の画質が劣化してしまう。そのため、温度変化に伴う導光板の膨張又は収縮を抑制するための技術が提案されている。

例えば、以下の特許文献１及び特許文献２には、導光板を、当該導光板を支持する支持部材に対して緩衝剤（接着剤）により固定する技術が提案されている。特許文献１及び特許文献２によれば、緩衝剤（接着剤）は弾性率が低く、温度変化に伴う導光板の伸縮に追随可能であるために、画像の低下を抑制できるとしている。

特開２０１５−１８４５６０号公報 特開２０１５−１８４５６１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示されている技術を用いる場合、特に導光板が樹脂製であるときに顕著であるが、導光板の形状の初期精度にばらつきが存在すると、緩衝剤による接着工程において導光板を安定した形状に矯正することが求められ、設備が複雑になったり、タクトタイムが長くなったりする。

また、緩衝剤が柔らかいものであるほど、温度変化した際に導光板に作用する応力は小さくなる。しかしながら、柔らかい緩衝剤は硬化前の粘度が低いという傾向があり、緩衝剤を塗布する際にはみ出しやすく、接着工程が難しくなってしまう。

更に、温度変化が生じた際、剛性が求められる支持部材と、導光板（特に、樹脂製導光板）との間の線膨張係数差が数十ｐｐｍ程度存在するために、弾性率の低い緩衝剤だけで導光板の形状変化に追随することが困難となる。

そこで、本開示では、上記のような事情に鑑みて、導光板の温度変化に伴う画質の低下をより簡便な方法でより確実に抑制することが可能な導光型表示装置及び導光板の位置決め方法を提案する。

本開示によれば、画像を観察者の瞳に導光する導光板と、前記導光板を支持し、２つの固定部材が設けられる支持部材と、を備え、前記導光板は、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部と、前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、を有し、前記２つの固定部材のそれぞれが前記第１開口部及び前記第２開口部に挿入される、導光型表示装置が提供される。

また、本開示によれば、画像を観察者の瞳に導光する導光板に対して、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部と、前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、を設けることと、前記導光板を支持する支持部材に対して、前記第１開口部及び前記第２開口部に対応する位置に、固定部材を設けることと、前記固定部材が前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ挿入されるように、前記支持部材に対して前記導光板を装着することと、を含む、導光板の位置決め方法が提供される。

本開示によれば、支持部材に設けられた２つの固定部材のそれぞれが、導光板に設けられた第１開口部及び第２開口部に挿入されることで、導光板が支持部材に位置決めされる。

以上説明したように本開示によれば、導光板の温度変化に伴う画質の低下を、より簡便な方法でより確実に抑制することが可能となる。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の実施形態に係る導光型表示装置の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る導光型表示装置の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る導光型表示装置の構造の一例を模式的に示した分解斜視図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 第１開口部の開口中心を通り、かつ、第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に第２開口部の開口中心が位置しない場合について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光型表示装置について説明するための説明図である。 同実施形態に係る導光型表示装置の構造の他の一例を模式的に示した分解斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．実施形態
１．１ 導光型表示装置の外観例について
１．２ 導光型表示装置の構成について
１．２．１ 支持部材について
１．２．２ 導光板について
１．２．３ 弾性支持部材について
１．２．４ 第２支持部材について
１．２．５ 寄せ付け部材について
１．３ 導光型表示装置の変形例について
２．まとめ

（実施形態）
＜導光型表示装置の外観例について＞
まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら、本開示の実施形態に係る導光型表示装置の外観例について、簡単に説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る導光型表示装置の一例を模式的に示した説明図である。

本実施形態に係る導光型表示装置は、導光板を用いて画像を観察者の瞳の位置まで導光することで、画像を観察者に提示する表示装置である。このような導光型表示装置は、例えば図１Ａ及び図１Ｂに模式的に示したように、頭部装着型ディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）として実現することが可能である。このような頭部装着型ディスプレイとして、例えば図１Ａ及び図１Ｂに示したように、メガネ状のフレームを有する頭部装着型ディスプレイを挙げることができる。

本実施形態に係るメガネ状のフレームを有する導光型表示装置１は、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、支持部材１０の一例としてのメガネ状のフレームと、メガネのレンズ部分に相当する位置に設けられる導光板２０と、を少なくとも有している。また、支持部材１０には、装着者に提供される画像を生成する画像生成ユニット３が固定されている。画像生成ユニット３は、装着者に提供される画像を生成する、各種の光源及び光学素子等、又は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイもしくは液晶ディスプレイ等の各種の表示装置により実現される画像生成部（図示せず。）と、生成された画像を導光板２０へと入射させるための入射光学系（図示せず。）と、を有しているユニットである。

本実施形態に係る導光型表示装置１は、透過型の表示装置、又は、半透過型（シースルー型）の表示装置とすることができる。具体的には、少なくとも装着者の瞳に対向する導光板２０の部分を、透過性、又は、半透過（シースルー）性とし、かかる導光板２０の部分を通して、装着者は外景を眺めることができる。図１Ａ及び図１Ｂでは、本実施形態に係る導光型表示装置１として、画像生成ユニット３及び導光板２０が２つずつ設けられた、両眼型のものを図示しているが、本実施形態に係る導光型表示装置１は、画像生成ユニット３及び導光板２０が１つずつ設けられた片眼型のものであってもよい。ここで、上記の「半透過」という用語は、入射する光の１／２（５０％）を透過又は反射するとの意味で用いているのではなく、入射する光の一部を透過し、残部を反射するといった意味で用いている。

ここで、支持部材１０の素材及び形状については、特に限定されるものではなく、公知の任意の素材を用いて、公知の任意の形状を形成することが可能である。また、画像生成ユニット３についても、特に限定されるものではなく、公知の任意のものを適宜使用することが可能である。

図１Ｂに模式的に示したように、支持部材１０に固定された画像生成ユニット３により生成された画像は、導光板２０の一部に入射した後、導光板２０により、装着者の瞳Ｅの位置まで導光される。

＜導光型表示装置の構成について＞
以下では、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る導光型表示装置の構成について、詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る導光型表示装置の構造の一例を模式的に示した分解斜視図である。図３〜図７、及び、図９Ａ〜図９Ｃは、本実施形態に係る導光板について説明するための説明図である。図８は、第１開口部の開口中心を通り、かつ、第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に第２開口部の開口中心が位置しない場合について説明するための説明図である。図１０は、本実施形態に係る導光型表示装置について説明するための説明図である。

なお、図２〜図１０では、図１に示したような両眼用の導光型表示装置１において、片眼（右眼）に対応する部分を取り出して、模式的に図示している。また、以下では、便宜的に、図２に示したような座標系を用いて、説明を行うものとする。また、以下で説明する内容については、左眼に対応する部分に対しても同様に適用することができる。

本実施形態に係る導光型表示装置１は、図２に模式的に示したように、支持部材１０と、導光板２０と、を少なくとも有している。また、本実施形態に係る導光型表示装置１は、支持部材１０及び導光板２０に加えて、弾性支持部材３０及び第２支持部材４０を有していることが好ましい。ここで、図２において、Ｘ軸方向は、導光板２０の長軸方向（導光板２０の幅方向）に対応しており、Ｙ軸方向は、導光板２０の高さ方向に対応しており、Ｚ軸方向は、導光板２０の厚み方向に対応している。

［支持部材１０について］
支持部材１０は、本実施形態に係る導光型表示装置１のフレーム構造に対応する部材であり、後述する導光板２０を支持する。図２では、フレーム構造の右眼側のリムに対応する部分のみを図示しており、支持部材１０のＸ軸負方向側の端部が、フレーム構造におけるヨロイ（智）の部分に対応しており、テンプルに相当する部品（図示せず）が接続されている。また、支持部材１０のＸ軸負方向側に、画像生成ユニット３（図示せず。）が固定されているものとする。

かかる支持部材１０は、所定の基材１０１を用いて形成されている。かかる基材１０１の中央部分には、開口部１０３が形成されており、かかる基材１０１のＺ軸正方向側に、後述する導光板２０が配置される。基材１０１の導光板２０が配置される部分には、導光板２０を組み付けるための溝部が設けられており、溝部のうち導光板２０と接する側の表面である取付面１０７には、導光板２０を固定するための固定部材１０５が２つ設けられている。２つの固定部材１０５のそれぞれが、後述するような導光板２０に設けられた開口部にそれぞれ挿入される。その結果、導光板２０は、支持部材１０に対して位置決めされる。

ここで、基材１０１は、例えば各種の金属もしくは合金、又は、各種のプラスチック樹脂等といった、公知の素材を用いて形成することが可能であり、開口部１０３の形状についても、導光板２０の形状にあわせて任意の形状とすればよい。

２つの固定部材１０５は、支持部材１０における導光板２０の位置を決定するための固定ピンとして機能する部材である。固定部材１０５は、その外形が後述する導光板２０の第２開口部２０５の開口形状に対応するように、設けられる。固定部材１０５は、基材１０１と同じ素材を用いて形成されていてもよいし、基材１０１とは異なる素材を用いて形成されていてもよい。

また、本実施形態に係る支持部材１０では、取り付けられる導光板２０の平面性が、取付面１０７の平面性に依存することが多い。そこで、所望の平面性をより確実に実現するために、取付面１０７のうち、少なくとも導光板２０と接する部分に対して、鏡面処理、セラミックコーティング、フッ素樹脂コーティング、ニッケルめっき処理、ＰＩＰ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｍｐａｃｔ Ｐｌａｔｉｎｇ）処理の少なくとも何れかが施されていることが好ましい。上記のような処理を行うことで、取り付けられる導光板２０の平面性がより確実に担保される他、後述するように、温度変化に応じて導光板２０が膨張又は収縮する際に、導光板２０が支持部材１０の取付面１０７上を摺動しやすくなる。

［導光板２０について］
導光板２０は、画像（より詳細には、図示しない画像生成ユニット３により生成された画像）を、観察者の瞳に導光する部材である。この導光板２０は、支持部材１０のＺ軸正方向側に設けられる。導光板２０は、温度変化に応じて膨張又は収縮するような所定の素材で形成された基材２０１と、基材２０１に設けられた、互いに開口形状の異なる２つの開口部と、を有している。２つの開口部は、支持部材１０において２つの固定部材１０５が設けられている位置と対応するように、基材２０１に形成されている。

以下では、かかる導光板２０の構成について、図３〜図９Ｃを参照しながら、更に詳細に説明する。なお、図３〜図９Ｃでは、図２に示したような導光板２０をＺ軸正方向側から見た場合の形状を、略矩形状に模式化した上で図示している。

本実施形態に係る導光板２０は、図３に示したように、基材２０１と、基材２０１に設けられた、それぞれ１つずつの第１開口部２０３及び第２開口部２０５と、を有している。また、本実施形態に係る導光板２０は、更に、第１ホログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＨＯＥ）２１１、及び、第２ホログラフィック光学素子２１３を有していることが好ましい。

導光板２０の基材２０１としては、特に限定されるものではなく、公知の各種の素材を用いることが可能である。このような素材として、例えば、ソーダライムガラス、白板ガラス等の透明なガラス基板、石英ガラスやＢＫ７等の光学ガラス、プラスチック基板、プラスチック・シート、及び、プラスチック・フィルム等を挙げることができる。ここで、プラスチックとして、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のセルロースエステル、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体等のフッ素ポリマー、ポリオキシメチレン等のポリエーテル、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メチルペンテンポリマー等のポリオレフィン、ポリアミドイミドあるいはポリエーテルイミド等を含むポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、テトラアセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、ポリアリレート、ポリスルフォン、ＰＭＭＡ、アクリル系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂等を挙げることができる。また、プラスチック・シート、プラスチック・フィルムは、容易に曲がらない剛性を有していてもよいし、可撓性を有していてもよい。

第１開口部２０３は、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する開口部である。このような第１開口として、例えば、アスペクト比が１超である開口形状を有する開口を挙げることができる。以下では、アスペクト比を用いて第１開口について説明していくが、かかるアスペクト比は、第１開口の開口形状を説明するために、便宜的に用いたものである。ここで、アスペクト比とは、図４に模式的に示したように、開口部の長軸方向の最大幅ｄ１を、開口部の短軸方向の最大幅ｄ２で除した値（ｄ１／ｄ２）を意味している。かかる開口形状としては、例えば、図３及び図４に示したような長円形状を挙げることができる。

また、第２開口部２０５は、上記第１開口とは異なる形状を有する開口部である。このような第１開口とは異なる形状として、例えば、アスペクト比が、１以上第１開口が有するアスペクト比未満となっている開口形状や、アスペクト比が１である開口形状を挙げることができる。以下では、アスペクト比を用いて第２開口についても説明していくが、かかるアスペクト比は、第２開口の開口形状を説明するために、便宜的に用いたものである。図４に示した例では、第２開口部２０５は、直径がｄ２である円形状となっている。

ここで、上記のような第１開口部２０３の短軸方向の大きさｄ２は、図４に示したように、第２開口部２０５の大きさｄ２と等しく、かつ、第１開口部２０３の長軸方向の大きさｄ１は、第２開口部２０５の大きさｄ２よりも大きくてもよい。なお、ｄ１とｄ２とが等しいとは、ｄ１及びｄ２の大きさが完全に一致している場合に加えて、設計・製造上の誤差範囲内で等しいとみなすことができる場合も含むものとする。

かかる第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、導光板２０の略矩形状の外形の長辺の近傍領域に、かかる長辺に沿って設けられている。なお、上記のようなｄ１、ｄ２の大きさは、特に限定されるものではなく、導光板２０の大きさに応じて適宜設定すればよいが、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の範囲内とすることが好ましい。

ここで、本実施形態に係る導光板２０において、第２開口部２０５の第２開口は、第１開口部２０３を通り、かつ、第１開口部２０３の長軸方向に対して平行な線上に位置している。より好ましくは、第１開口部２０３の開口中心（図４における点Ａ）を通り、かつ、第１開口部２０３の長軸方向（図４におけるＸ軸方向）に対して平行な線を直線Ｌとしたときに、第２開口部２０５の開口中心（図４における点Ｂ）は、この直線Ｌ上に位置している。

先だって言及したように、本実施形態に係る支持部材１０において、固定ピンとして機能する固定部材１０５の外形は、第２開口部２０５の開口形状に対応する形状となっている。例えば図４に示したような第２開口部２０５の場合、支持部材１０における固定部材１０５の外形（より詳細には、ＸＹ平面での切断面の形状）は、円形状となっている。本実施形態に係る導光型表示装置１において、支持部材１０における２つの固定部材１０５がそれぞれ第１開口部２０３及び第２開口部２０５の開口部に挿入されるように、導光板２０が支持部材１０に取り付けられることで、導光板２０が支持部材１０に位置決めされる。これにより、導光板２０のＸＹ平面での位置が決定される。また、本実施形態では、以下で詳述するように、導光板２０の温度変化に伴う膨張又は収縮を許容するため、支持部材１０に導光板２０を取り付ける際に、接着剤は使用しない。そのため、組立工程が簡略化され、設備の簡略化やタクトタイムの短縮を図ることが可能となる。

また、本実施形態に係る導光板２０では、第１開口及び第２開口は、互いに異なる開口形状を有しており、例えば、第２開口部２０５がアスペクト比が１である開口部を有しているのに対し、第１開口部２０３はアスペクト比が１超である開口部を有している。そのため、図５に模式的に示したように、第１開口部２０３及び第２開口部２０５に固定部材１０５が挿入されると、第２開口部２０５では、固定部材１０５との間に、第２開口部２０５を設計する際に見込まれるマージン程度の隙間しか生じえないのに対し、第１開口部２０３では、直線Ｌの延伸方向に沿って、固定部材１０５との間にスペースｓｐが生じる。

ここで、第１開口部２０３及び第２開口部２０５の開口形状は、例えば図４に示したような長円形状及び円形状に限定されるものではなく、開口形状が上記のような関係を満たすものであれば、他の開口形状を有していてもよい。例えば図６に模式的に示したように、第１開口部２０３の開口形状が長方形であり、第２開口部２０５の開口形状が正方形であってもよい。

本実施形態に係る導光板２０では、第１開口部２０３及び第２開口部２０５が上記のような特徴を有していることで、導光板２０が存在する環境に温度変化が生じ、導光板２０が膨張又は収縮した場合であっても、導光板２０の膨張／収縮方向が特定の方向に規定される。このような温度変化に伴う導光板２０の膨張／収縮については、以下で改めて詳細に説明する。

再び図３に戻って、第１ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）２１１及び第２ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）２１３について説明する。
ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）は、光線の入射角度に応じて特定の波長のみを選択的に回折させて、残部を透過させるという光学特性を有する光学素子である。このようなＨＯＥを用いることで、画像生成ユニット３で生成された画像を、装着者の瞳まで導光することができる。

第１ＨＯＥ２１１は、画像生成ユニット３で生成された画像が導光板２０に入射する位置を包含するように、導光板２０に設けられている。また、第２ＨＯＥ２１３は、装着者の瞳が観察しうる範囲（瞳観察範囲）を包含するように、導光板２０に設けられている。第１ＨＯＥ２１１の形状については、特に限定されるものではなく、画像生成ユニット３で生成される画像の大きさ等に応じて、適宜設定すればよい。また、第２ＨＯＥ２１３の形状についても、特に限定されるものではなく、想定する観察者の瞳観察範囲の形状等に応じて、適宜設定すればよい。ただし、本実施形態に係る導光板２０において、第１ＨＯＥ２１１及び第２ＨＯＥ２１３の大きさは、温度変化に伴う導光板２０の膨張又は収縮の大きさを考慮した上で設定されることが好ましい。このようなＨＯＥの大きさの設定方法については、以下で改めて説明する。

○温度変化に伴う導光板の膨張／収縮について
ここで、導光板２０が存在する環境に温度変化が生じ、導光板２０が膨張又は収縮する場合について、図７及び図８を参照しながら詳細に説明する。

第２開口部２０５は、導光板２０の位置決め孔として機能して、第２開口部２０５の近傍では導光板２０に動きは生じないが、第１開口部２０３には、図５に示したようなスペースｓｐが存在するため、導光板２０は、直線Ｌの延伸方向に沿って膨張又は収縮可能となっている。図７に示した例の場合、直線Ｌは、Ｘ軸方向に対して平行であるから、導光板２０は、Ｘ軸方向に沿って膨張又は収縮が可能となっている。また、図７に模式的に示したように、導光板２０は、直線Ｌに対して直交する方向（図７の場合、Ｙ軸方向）に沿って膨張又は収縮することも可能である。従って、図７上段に示したような導光板２０が仮に膨張した場合、導光板２０は、Ｘ軸正方向及びＹ軸正方向に沿って膨張するようになる。同様に、導光板２０が仮に収縮する場合、導光板２０は、Ｘ軸負方向及びＹ軸負方向に沿って収縮するようになる。

このように、本実施形態に係る導光型表示装置１では、導光板２０の温度変化に伴う膨張又は収縮をＸＹ平面内において許容するような構造となっているため、温度変化が生じた場合であっても、導光板２０に撓みが生じることはない。このように、導光板２０における撓みの発生が抑制されることで、導光板２０は、温度変化が生じた場合であっても、画質を維持することができる。また、かかる撓みの発生をより確実に抑制するために、第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、導光板２０に対して、それぞれ１つ設けられることが好ましい。

また、導光板２０のＺ軸方向正方向側に、更に、後述するような弾性支持部材３０及び第２支持部材４０が設けられることで、温度変化に伴う導光板２０における撓みの発生を、より確実に防止することが可能となり、温度変化に伴う画質の低下を、より確実に抑制することができる。

ここで、図７では、図３に示したような画像生成ユニット３の光軸を、「光学中心」と記載し、２つのＨＯＥ２１１，２１３の中心線を、「ＨＯＥ中心」と記載している。図７上段に示したように、膨張又は収縮が生じていない場合の導光板２０では、光学中心に対応する線分と、ＨＯＥ中心に対応する線分とは一致しており、画質の低下は発生しない。

一方、導光板２０が膨張又は収縮すると、画像生成ユニット３は支持部材１０に取り付けられているために光学中心の位置は変化しない一方で、ＨＯＥ中心の位置は、導光板２０の膨張又は収縮に伴って変化してしまう。図７下段に示した例の場合、導光板２０が膨張することで、ＨＯＥ中心の位置は、Ｙ軸正方向側に移動してしまう。その結果、導光板２０の膨張又は収縮に伴い、光学中心とＨＯＥ中心とのズレが生じてしまう。

導光板２０のＸ軸方向の長さが７０ｍｍであり、７０ｍｍの長さの導光板２０が、温度変化ΔＴ＝２０℃の際にＸ軸正方向側に８４μｍ膨張する基材２０１（例えば、シクロオレフィン樹脂等）で形成されているものとする。導光板２０のＹ軸方向の長さが、Ｘ軸方向の長さの半分の３５ｍｍであるとすると、３５ｍｍの大きさを有する導光板２０のＹ軸正方向側の膨張量は、８４μｍ×（１／２）＝４２μｍとなる。ここで、第１ＨＯＥ２１１及び第２ＨＯＥ２１３のそれぞれが、基材２０１とほぼ同じ膨張量で膨張するものと想定する。この際に、第１ＨＯＥ２１１及び第２ＨＯＥ２１３を、Ｘ軸正方向側に８４μｍ、Ｘ軸負方向側に８４μｍ、Ｙ軸正方向側に４２μｍ、Ｙ軸負方向側に４２μｍのマージンを想定して設計すれば、ＨＯＥ中心にズレが生じた場合であっても、上記のようなＨＯＥ中心のズレによる影響を解消することが可能となる。また、図５に示したような第１開口部２０３におけるスペースｓｐの大きさも、上記のような膨張量を想定して設定することが好ましい。

なお、上記のような膨張又は収縮による中心位置のズレを考える際に、画像生成ユニット３からの画像が入射する側に近い導光板２０はなるべく膨張又は収縮が生じない方が、画質の維持という観点からより好ましい。そこで、位置決め孔として機能する第２開口部２０５は、導光板２０において、画像の導光板２０への入射位置に近い側に位置していることが好ましい。図７等に示した例の場合、第２開口部２０５は、導光板２０において、Ｘ軸負方向側の端部領域に位置していることが好ましい。

上記のような導光板２０の膨張又は収縮の様子は、第１開口部２０３の第１開口と、第２開口部２０５の第２開口とが、同一の直線状に存在しているため（例えば、第１開口部２０３の開口中心と、第２開口部２０５の開口中心とが、直線Ｌ上に存在しているため）に生じるものである。仮に、図８上段に示したように、第１開口部２０３の開口中心と、第２開口部２０５の開口中心とが、同一の直線Ｌ上に存在していない場合を考える。この場合に、導光板２０に温度変化に伴う膨張又は収縮が生じたとすると、第１開口部２０３に付加される圧縮応力又は収縮応力は、Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分のそれぞれを有していることから、導光板２０に回転モードが生じてしまう。その結果、図８下段に示したように、膨張又は収縮後に導光板２０が傾いてしまう結果、装着者に提供される画像が傾く可能性が生じてしまい、好ましくない。第１開口部２０３の開口中心と、第２開口部２０５の開口中心とが、同一の直線Ｌ上に存在していることで、上記のような回転モードの発生を回避でき、画質を維持することが可能となる。また、このような回転モードの発生をより確実に回避するために、図４、図６に示したような、第１開口部２０３の開口中心（点Ａ）と第２開口部２０５の開口中心（点Ｂ）との間の離隔距離Ｄは、なるべく大きな値とすることが好ましい。

本実施形態に係る導光板２０において、第１開口部２０３及び第２開口部２０５の位置は、図３等に示した例に限定されるものではない。以下、図９Ａ〜図９Ｃを参照しながら、第１開口部２０３及び第２開口部２０５の配置例について、簡単に説明する。

図３等では、第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、導光板２０の略矩形状の外形の長辺の近傍領域に、かかる長辺に沿って設けられる場合について図示したが、第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、図９Ａに示したように、導光板２０の略矩形状の外形の短辺の近傍領域に、かかる短辺に沿って設けられていてもよい。

また、第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、例えば図９Ｂに示したように、導光板２０における長軸方向に対して直交する方向の中心線上に設けられていてもよい。すなわち、図９Ｂにおいて、第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、長軸方向に対して直交する方向である、Ｙ軸方向の中心線上に設けられていてもよい。この場合、膨張又は収縮の前後で、上記の光学中心とＨＯＥ中心とのズレが生じることがないため、より確実に画質の低下を抑制することができる。

更に、第１開口部２０３及び第２開口部２０５は、例えば図９Ｃに示したように、略矩形状の外形を有する導光板２０において、何れかの対角線上に設けられていてもよい。図９Ｃに示したような配置例においても、膨張又は収縮による回転モードの発生を抑制することが可能であり、導光板２０の温度変化に伴う画質の低下を抑制することができる。

以上、図３〜図９Ｃを参照しながら、本実施形態に係る導光板２０について、詳細に説明した。

［弾性支持部材３０について］
再び図２に戻って、本実施形態に係る導光型表示装置１が備えることが好ましい弾性支持部材３０について、説明する。

本実施形態に係る弾性支持部材３０は、導光板２０の支持部材１０とは逆側の面上に位置しており、導光板２０の一部を、弾性支持部材３０が示す弾性により支持する部材である。かかる弾性支持部材３０は、導光板２０の支持部材１０とは逆側の面上に、接着剤を用いることなく設けられる。かかる弾性支持部材３０により、導光板２０は支持部材１０の取付面１０７に押し付けられ、導光板２０の厚み方向の位置（図２におけるＺ軸方向の位置）が固定される。また、かかる弾性支持部材３０を設けることで、温度変化に応じて導光板２０が導光板２０の厚み方向に撓むことを抑制することができる。ここで、本実施形態に係る弾性支持部材３０は、温度変化に伴う導光板２０の膨張又は収縮を阻害しないように設けられることが好ましい。

例えば図２に示した例では、弾性支持部材３０は、摺動抵抗の低い素材からなる基材３０１で形成されており、基材３０１には開口部３０３が設けられている。このような開口部３０３を有する基材３０１は、図２に示したように、導光板２０の縁部に沿って導光板２０を支持している。摺動抵抗の低い素材からなる弾性支持部材３０が、導光板２０を面接触により押圧することで、導光板２０のＸＹ平面内での膨張又は収縮を阻害することなく、導光板２０のＺ軸方向の位置を固定する。

ここで、基材３０１に用いられる摺動抵抗の低い素材は、特に限定されるものではなく、公知の素材を用いることが可能である。このような摺動抵抗の低い素材として、例えば、エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等の各種の樹脂材料を挙げることができる。

［第２支持部材４０について］
図２に示したように、弾性支持部材３０の更に上方（Ｚ軸正方向側）には、第２支持部材４０が設けられることが好ましい。かかる第２支持部材４０は、支持部材１０のいわゆるインナーフレームとして機能し、支持部材１０と組み合わせられることで、導光板２０及び弾性支持部材３０を固定する。かかる第２支持部材４０は、所定の基材４０１を用いて形成されており、かかる基材４０１の中央部分には、開口部４０３が形成されている。

ここで、基材４０１は、例えば支持部材１０と同様の素材を用いて形成することが可能であり、例えば各種の金属もしくは合金、又は、各種のプラスチック樹脂等といった、公知の素材を用いて形成することが可能である。また、開口部４０３の形状についても、導光板２０の形状にあわせて任意の形状とすればよい。

［寄せ付け部材５０について］
続いて、図１０を参照しながら、寄せ付け部材５０について説明する。
本実施形態に係る導光型表示装置１では、支持部材１０と導光板２０との間に、導光板２０の外部から導光板２０の平面方向に向かって導光板２０を押圧して、導光板２０を所定の方向に寄せ付ける寄せ付け部材５０が設けられていてもよい。

本実施形態に係る導光板２０を設計・製造するに際して、第１開口部２０３及び第２開口部２０５の大きさ（特に、Ｙ軸方向の大きさ）は、支持部材１０の固定部材１０５の大きさよりも数十μｍだけ大きく設定される。そのため、第１開口部２０３及び第２開口部２０５と、固定部材１０５との間には、実際にはわずかな空隙が生じることとなる。

そこで、例えば図１０に示したように、導光板２０のＸ軸負方向側の端部と、Ｙ軸負方向側の端部とに、寄せ付け部材５０を設けることで、第１開口部２０３及び第２開口部２０５と、固定部材１０５との間のズレを無くすことが可能となり、導光板２０の位置決め精度を更に向上させることが可能となる。

かかる寄せ付け部材５０は、例えば板バネ等の弾性力を有する素材を用いて形成することが可能であり、寄せ付け部材５０の具体的な形状については、図１０に示した例に限定されるものではない。

以上、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る導光型表示装置１について、詳細に説明した。

＜導光型表示装置１の変形例について＞
続いて、図１１を参照しながら、本実施形態に係る導光型表示装置１の変形例について、簡単に説明する。図１１は、本実施形態に係る導光型表示装置の構造の他の一例を模式的に示した分解斜視図である。

図２では、本実施形態に係る導光板２０が、導光板２０の縁部に沿って導光板２０を支持する弾性支持部材３０によってＺ軸負方向側に押圧される場合について図示していた。しかしながら、導光板を支持する弾性支持部材は、図１１に示したような、導光板２０の端部領域の少なくとも３点を支持する、点接触型の弾性支持部材３５であってもよい。

かかる弾性支持部材３５は、少なくとも３個以上の弾性体３５１で構成される。弾性体３５１の素材は、特に限定するものではないが、例えば板バネ等の公知の弾性体を用いることができる。

本変形例において、少なくとも３個以上の弾性体３５１のうち２つは、図１１に示したように、導光板２０の第１開口部２０３及び第２開口部２０５の存在する位置を支持するように配置されることが好ましい。この際、支持部材１０の固定部材１０５は、図１１に示したように、支持部材１０に設けられた台座１５１上に設置され、平面性が担保されていることが好ましい。また、残りの弾性体３５１が配置される部分については、支持部材１０上に適切な高さの台座（図示せず。）を設けて、導光板２０の平面性が担保されることが好ましい。

このような少なくとも３つ以上の弾性体３５１を用いて弾性支持部材３５が構成されることで、弾性支持部材３５と導光板２０との間の接触面積を減らすことができ、弾性支持部材３５と導光板２０との間の摺動抵抗を低減することが可能となる。

以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る導光型表示装置１の変形例について、簡単に説明した。

＜導光板の位置決め方法について＞
続いて、以上説明したような、本実施形態に係る導光型表示装置１における導光板の位置決め方法について、簡単に説明する。
本実施形態に係る導光板の位置決め方法は、画像を観察者の瞳に導光する導光板２０に対して、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部２０３と、前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部２０３を通り、かつ、第１開口部２０３の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部２０５と、を設けることと、導光板２０を支持する支持部材１０に対して、第１開口部２０３及び第２開口部２０５に対応する位置に、固定部材１０５を設けることと、固定部材１０５が第１開口部２０３及び第２開口部２０５にそれぞれ挿入されるように、支持部材１０に対して導光板２０を装着することと、を含む。

以上説明したような方法により、本実施形態に係る導光型表示装置１において、導光板２０が支持部材１０に対して位置決めされる。なお、本実施形態に係る導光板の位置決め方法は、公知の各種方式の導光板を用いた表示装置に適用することが可能である。

＜まとめ＞
以上説明したように、本開示の実施形態に係る導光型表示装置１は、特定の形状及び特定の位置関係を保持しながら設けられた第１開口部２０３及び第２開口部２０５を有する導光板２０を備える。これにより、導光板２０が存在する環境の温度が変化した場合であっても、導光板２０は、平面内で膨張又は収縮して、導光板２０には撓みが発生しない。その結果、本開示の実施形態に係る導光型表示装置１は、優れた画質を保持することが可能となる。

また、導光板２０の取り付けには、接着工程が不要となるため、製造設備の簡略化が図れるとともに、タクトタイムを短縮して、製造コストを削減することも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
画像を観察者の瞳に導光する導光板と、
前記導光板を支持し、２つの固定部材が設けられる支持部材と、
を備え、
前記導光板は、
長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部と、
前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、
を有し、
前記２つの固定部材のそれぞれが前記第１開口部及び前記第２開口部に挿入される、導光型表示装置。
（２）
前記支持部材に設けられた前記２つの固定部材は、前記第２開口部の開口形状に対応した形状を有している、（１）に記載の導光型表示装置。
（３）
前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記導光板に対してそれぞれ１つ設けられる、（１）又は（２）に記載の導光型表示装置。
（４）
前記第２開口部は、前記導光板において、前記画像の前記導光板への入射位置に近い側に位置している、（１）〜（３）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（５）
前記画像を生成する画像生成ユニットを更に備え、
前記画像生成ユニットは、前記支持部材に対して固定されており、
前記第２開口部は、前記画像生成ユニットが位置する側に設けられる、（４）に記載の導光型表示装置。
（６）
前記導光板を、当該導光板の表面法線方向上方から見たときに、前記導光板は、略矩形状の外形を有しており、
前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記略矩形状の外形の何れかの辺の近傍領域に、当該辺に沿って設けられる、（１）〜（５）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（７）
前記導光板を、当該導光板の表面法線方向上方から見たときに、前記導光板は、略矩形状の外形を有しており、
前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記略矩形状の外形の何れかの対角線上に設けられる、（１）〜（５）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（８）
前記導光板を、当該導光板の表面法線方向上方から見たときに、
前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記導光板における前記長軸方向に対して直交する方向の中心線上に設けられる、（１）〜（５）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（９）
前記導光板の前記支持部材とは逆側の面には、前記導光板の側から順に、
前記導光板の一部を支持する弾性支持部材と、
前記支持部材と組み合わせられることで、前記導光板及び前記弾性支持部材を固定する第２支持部材と、
が設けられる、（１）〜（８）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（１０）
前記弾性支持部材は、前記導光板の縁部に沿って前記導光板を支持する、（９）に記載の導光型表示装置。
（１１）
前記導光板と接触する前記支持部材の表面に対して、鏡面処理、セラミックコーティング、フッ素樹脂コーティング、ニッケルめっき処理、ＰＩＰ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｍｐａｃｔ Ｐｌａｔｉｎｇ）処理の少なくとも何れかが施されている、（１０）に記載の導光型表示装置。
（１２）
前記弾性支持部材は、前記導光板の端部領域の少なくとも３点を支持する、（９）に記載の導光型表示装置。
（１３）
前記支持部材と前記導光板との間に、前記導光板の外部から前記導光板の平面方向に向かって前記導光板を押圧して前記導光板を所定の方向に寄せ付ける寄せ付け部材が設けられる、（１）〜（１２）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（１４）
前記導光板は、温度変化に応じて膨張又は収縮する素材で形成されている、（１）〜（１３）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（１５）
前記導光板は、樹脂製の導光板である、（１４）に記載の導光型表示装置。
（１６）
ヘッドマウントディスプレイとして機能する、（１）〜（１５）の何れか１つに記載の導光型表示装置。
（１７）
画像を観察者の瞳に導光する導光板に対して、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部と、前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、を設けることと、
前記導光板を支持する支持部材に対して、前記第１開口部及び前記第２開口部に対応する位置に、固定部材を設けることと、
前記固定部材が前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ挿入されるように、前記支持部材に対して前記導光板を装着することと、
を含む、導光板の位置決め方法。

１ 導光型表示装置
３ 画像生成ユニット
１０ 支持部材
２０ 導光板
３０，３５ 弾性支持部材
４０ 第２支持部材
５０ 寄せ付け部材
１０１ 基材
１０３，３０３，４０３ 開口部
１０５ 固定部材
１０７ 取付面
２０１ 基材
２０３ 第１開口部
２０５ 第２開口部
２１１ 第１ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）
２１３ 第２ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）
３０１，４０１ 基材
３５１ 弾性体

Claims (17)

1. 画像を観察者の瞳に導光する導光板と、
   前記導光板を支持し、２つの固定部材が設けられる支持部材と、
   を備え、
   前記導光板は、
   長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第1開口部と、
   前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、
   を有し、
   前記２つの固定部材のそれぞれが前記第１開口部及び前記第２開口部に挿入される、導光型表示装置。
2. 前記支持部材に設けられた前記２つの固定部材は、前記第２開口部の開口形状に対応した形状を有している、請求項１に記載の導光型表示装置。
3. 前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記導光板に対してそれぞれ１つ設けられる、請求項１に記載の導光型表示装置。
4. 前記第２開口部は、前記導光板において、前記画像の前記導光板への入射位置に近い側に位置している、請求項１に記載の導光型表示装置。
5. 前記画像を生成する画像生成ユニットを更に備え、
   前記画像生成ユニットは、前記支持部材に対して固定されており、
   前記第２開口部は、前記画像生成ユニットが位置する側に設けられる、請求項４に記載の導光型表示装置。
6. 前記導光板を、当該導光板の表面法線方向上方から見たときに、前記導光板は、略矩形状の外形を有しており、
   前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記略矩形状の外形の何れかの辺の近傍領域に、当該辺に沿って設けられる、請求項１に記載の導光型表示装置。
7. 前記導光板を、当該導光板の表面法線方向上方から見たときに、前記導光板は、略矩形状の外形を有しており、
   前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記略矩形状の外形の何れかの対角線上に設けられる、請求項１に記載の導光型表示装置。
8. 前記導光板を、当該導光板の表面法線方向上方から見たときに、
   前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記導光板における前記長軸方向に対して直交する方向の中心線上に設けられる、請求項１に記載の導光型表示装置。
9. 前記導光板の前記支持部材とは逆側の面には、前記導光板の側から順に、
   前記導光板の一部を支持する弾性支持部材と、
   前記支持部材と組み合わせられることで、前記導光板及び前記弾性支持部材を固定する第２支持部材と、
   が設けられる、請求項１に記載の導光型表示装置。
10. 前記弾性支持部材は、前記導光板の縁部に沿って前記導光板を支持する、請求項９に記載の導光型表示装置。
11. 前記導光板と接触する前記支持部材の表面に対して、鏡面処理、セラミックコーティング、フッ素樹脂コーティング、ニッケルめっき処理、ＰＩＰ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｍｐａｃｔ Ｐｌａｔｉｎｇ）処理の少なくとも何れかが施されている、請求項１０に記載の導光型表示装置。
12. 前記弾性支持部材は、前記導光板の端部領域の少なくとも３点を支持する、請求項９に記載の導光型表示装置。
13. 前記支持部材と前記導光板との間に、前記導光板の外部から前記導光板の平面方向に向かって前記導光板を押圧して前記導光板を所定の方向に寄せ付ける寄せ付け部材が設けられる、請求項１に記載の導光型表示装置。
14. 前記導光板は、温度変化に応じて膨張又は収縮する素材で形成されている、請求項１に記載の導光型表示装置。
15. 前記導光板は、樹脂製の導光板である、請求項１４に記載の導光型表示装置。
16. ヘッドマウントディスプレイとして機能する、請求項１に記載の導光型表示装置。
17. 画像を観察者の瞳に導光する導光板に対して、長軸及び短軸を持つ第１開口を有する第１開口部と、前記第１開口とは異なる形状を有し、前記第１開口部を通り、かつ、前記第１開口部の長軸方向に対して平行な線上に位置する第２開口を有する第２開口部と、を設けることと、
    前記導光板を支持する支持部材に対して、前記第１開口部及び前記第２開口部に対応する位置に、固定部材を設けることと、
    前記固定部材が前記第１開口部及び前記第２開口部にそれぞれ挿入されるように、前記支持部材に対して前記導光板を装着することと、
    を含む、導光板の位置決め方法。
    

Images