JP2022072160A - 虚像表示装置、および虚像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品質に優れる虚像表示装置を提供する。【解決手段】本発明の虚像表示装置は、第１表示モジュールと第２表示モジュールと連結部とを備え、第１表示モジュールは、第１表示素子と第１表示素子支持部材と第１投射光学系と第１投射光学支持部材とを有し、第１表示素子支持部材は第１凸部および第１凹部の一方を有し、第１投射光学支持部材は他方を有し、第１凸部は第１凹部との間にクリアランスを有して第１凹部内に配置され、第２表示モジュールは、第２表示素子と第２表示素子支持部材と第２投射光学系と第２投射光学支持部材とを有し、第２表示素子支持部材は第２凸部および第２凹部の一方を有し、第２投射光学支持部材は他方を有し、第２凸部は第２凹部との間にクリアランスを有して第２凹部内に配置され、連結部は、２つの投射光学支持部材の相対的回転位置、縦および奥行き方向の相対的位置の少なくとも一つを調整可能な調整構造を有する。【選択図】図１１

Description

本発明は、虚像表示装置、および虚像表示装置の製造方法に関する。

表示素子から射出される画像光を投射レンズ等の光学素子によって観察者の瞳に導くことにより、虚像の観察を可能とした虚像表示装置が従来から知られている。下記の特許文献１には、表示素子と、表示素子を収納して支持する表示素子ケースと、表示素子からの光を投射する投射光学系と、投射光学系を収納して支持するとともに表示素子ケースに接続される鏡筒と、投射光学系からの光を観察者の眼に向けて画像を視認させる導光装置とを備える虚像表示装置が開示されている。

特開２０１７－２１１６７４号公報

特許文献１には、表示素子および鏡筒のうち、いずれか一方の部材に設けられた凸部と他方の部材に設けられた凹部とからなる位置決め部を用いて、投射光学系に対する表示素子の位置決めを行うことが開示されている。また、特許文献１には、右眼用導光光学系および左眼用導光光学系のそれぞれをフレームに取り付けることにより、右眼用導光光学系と左眼用導光光学系とを観察者の眼前に配置することが開示されている。

従来の虚像表示装置において、表示素子と投射光学系との位置決めを行う際には、光学部材を支持する鏡筒等の支持部材が必要であった。ところが、右眼用導光光学系および左眼用導光光学系のそれぞれがフレームに取り付けられているため、フレームの製造誤差および組み立て公差が右眼用画像と左眼用画像との位置調整の精度に影響を及ぼすおそれがある。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の虚像表示装置は、右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュールと、左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュールと、前記第１表示モジュールと前記第２表示モジュールとを連結する連結部と、を備え、前記第１表示モジュールは、右眼用画像を形成する第１画像光を射出する第１表示素子と、前記第１表示素子を支持する第１表示素子支持部材と、前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を投射して第１射出瞳を形成する第１投射光学系と、前記第１投射光学系を支持する第１投射光学支持部材と、を有し、前記第１表示素子支持部材は、第１凸部および第１凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部および前記第１凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第１凸部は、前記第１凹部との間にクリアランスを有して前記第１凹部の内部に配置され、前記第２表示モジュールは、左眼用画像を形成する第２画像光を射出する第２表示素子と、前記第２表示素子を支持する第２表示素子支持部材と、前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を投射して第２射出瞳を形成する第２投射光学系と、前記第２投射光学系を支持する第２投射光学支持部材と、を有し、前記第２表示素子支持部材は、第２凸部および第２凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部および前記第２凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第２凸部は、前記第２凹部との間にクリアランスを有して前記第２凹部の内部に配置され、前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材とにおける相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整可能な調整構造を有する。

本発明の一つの態様の虚像表示装置の製造方法は、右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュールと、左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュールと、前記第１表示モジュールと前記第２表示モジュールとを連結する連結部と、を備え、前記第１表示モジュールは、右眼用の第１画像光を射出する第１表示素子と、前記第１表示素子を支持する第１表示素子支持部材と、前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を投射して第１射出瞳を形成する第１投射光学系と、前記第１投射光学系を支持する第１投射光学支持部材と、を有し、前記第１表示素子支持部材は、第１凸部および第１凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部および前記第１凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第１凸部は、前記第１凹部との間にクリアランスを有して前記第１凹部の内部に配置され、前記第２表示モジュールは、左眼用の第２画像光を射出する第２表示素子と、前記第２表示素子を支持する第２表示素子支持部材と、前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を投射して第２射出瞳を形成する第２投射光学系と、前記第２投射光学系を支持する第２投射光学支持部材と、を有し、前記第２表示素子支持部材は、第２凸部および第２凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部および前記第２凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第２凸部は、前記第２凹部との間にクリアランスを有して前記第２凹部の内部に配置され、前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的な位置関係を調整する調整構造を有する虚像表示装置の製造方法であって、前記第１凸部と前記第１凹部とを嵌合させた状態で、前記第１表示素子支持部材と前記第１投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、横方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第１調整工程と、前記第２凸部と前記第２凹部とを嵌合させた状態で、前記第２表示素子支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、横方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第２調整工程と、前記連結部の前記調整構造を用いて、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第３調整工程と、を備える。

第１実施形態の虚像表示装置の装着状態を示す外観斜視図である。 虚像表示装置の縦断面図である。 虚像表示装置の内部構造を示す縦断面図である。 虚像表示装置の光学系を示す縦断面図である。 虚像表示装置の光学系を示す平断面図である。 投射光学系による結像を概念的に説明するための斜視図である。 表示素子に形成される表示像の強制的歪曲を説明するための図である。 表示モジュールの斜視図である。 表示素子支持部材の近傍を拡大した斜視図である。 投射光学系の斜視図である。 第１表示モジュールおよび第２表示モジュールの斜視図である。 連結部を拡大した平面図である。 第２実施形態の虚像表示装置における第１表示モジュールおよび第２表示モジュールの斜視図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図１２を用いて説明する。
図１は、本実施形態の虚像表示装置の装着状態を示す外観斜視図である。図２は、虚像表示装置の縦断面図である。図３は、虚像表示装置の内部構造を示す縦断面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１および図２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（ＨＭＤ）であって、観察者または使用者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。

図１および図２において、Ｘ、Ｙ、およびＺは、直交座標系である。＋Ｘ方向および－Ｘ方向は、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳの両眼の並ぶ方向に対応し、本明細書では横方向と定義する。＋Ｘ方向は、使用者ＵＳから見て右方向に対応し、－Ｘ方向は、使用者ＵＳから見て左方向に対応する。＋Ｙ方向および－Ｙ方向は、使用者ＵＳの両眼の並ぶ横方向に直交する方向に対応し、本明細書では縦方向と定義する。＋Ｙ方向は上方向に対応し、－Ｙ方向は下方向に対応する。＋Ｚ方向および－Ｚ方向は、＋Ｘ方向および－Ｘ方向、＋Ｙ方向および－Ｙ方向にそれぞれ直交し、使用者ＵＳから見て前後方向に対応し、本明細書では奥行き方向と定義する。＋Ｚ方向は前方向に対応し、＋Ｚ方向は後方向に対応する。

虚像表示装置１００は、右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュール１０１Ａと、左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュール１０１Ｂと、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとを支持するテンプル状の支持部材１０１Ｃと、を備える。

第１表示モジュール１０１Ａは、上部に配置される光学ユニット１０２と、メガネレンズ状で全体を覆う外観部材１０３と、から構成されている。第２表示モジュール１０１Ｂは、第１表示モジュール１０１Ａと同様、上部に配置される光学ユニット１０２と、メガネレンズ状で全体を覆う外観部材１０３と、から構成されている。支持部材１０１Ｃは、外観部材１０３の背後に配置された不図示の部材によって、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとを外観部材１０３の上端側において支持している。

第２表示モジュール１０１Ｂは、第１表示モジュール１０１Ａと同一の構造を有するため、以下では、第１表示モジュール１０１Ａについてのみ説明し、第２表示モジュール１０１Ｂについては説明を省略する。また、以下の説明では、第１表示モジュール１０１Ａを単に表示モジュール１０１Ａと称する。

図２および図３に示すように、表示モジュール１０１Ａは、光学的な要素として、表示素子１１と、投射光学系１２と、を備える。投射光学系１２は、表示素子１１からの画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに導く観点で導光光学系と称することもある。投射光学系１２は、投射レンズ２１と、プリズム２２と、シースルーミラー２３と、を備える。
本実施形態の表示モジュール１０１Ａは、特許請求の範囲の第１表示モジュールおよび第２表示モジュールに対応する。本実施形態の表示素子１１は、特許請求の範囲の第１表示素子および第２表示素子に対応する。本実施形態の投射光学系１２は、特許請求の範囲の第１投射光学系および第２投射光学系に対応する。本実施形態の投射レンズ２１は、特許請求の範囲の第１投射レンズおよび第２投射レンズに対応する。本実施形態のプリズム２２は、特許請求の範囲の第１プリズムおよび第２プリズムに対応する。本実施形態のシースルーミラー２３は、特許請求の範囲の第１シースルーミラーおよび第２シースルーミラーに対応する。

表示素子１１は、例えば有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、無機ＥＬ素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、有機ＬＥＤ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型の表示デバイスで構成される。表示素子１１は、２次元の表示面１１ａにカラーの静止画または動画を形成する。表示素子１１は、不図示の駆動制御回路に駆動されて表示動作を行う。

表示素子１１として有機ＥＬディスプレイまたは表示器を用いる場合、有機ＥＬ制御部を備える構成とする。表示素子１１として量子ドット発光型ディスプレイを用いる場合、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を量子ドットフィルムに照射することにより、緑や赤の色光を射出する構成とする。表示素子１１は、自発光型の表示素子に限らず、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、またはその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライト等の光源によって照明することにより画像を形成してもよい。表示素子１１には、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣＯＳは登録商標）、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。なお、表示素子１１は、単体の表示素子で構成されていてもよいし、複数の表示素子とダイクロイックプリズム等の合成素子とを備え、複数の表示素子からの複数の光を合成素子により合成して射出する構成を有していてもよい。

図３に示すように、投射レンズ２１は、表示素子１１から射出された画像光ＭＬを平行光束に近い状態に集光する。投射レンズ２１は、図示の例では単レンズであり、入射面２１ａと、射出面２１ｂと、を有する。プリズム２２は、入射面２２ａと、内反射面２２ｂと、射出面２２ｃと、を有する。プリズム２２は、投射レンズ２１から射出された画像光ＭＬを入射面２２ａにおいて屈折させつつ入射させ、内反射面２２ｂで全反射させ、射出面２２ｃから屈折させつつ射出させる。シースルーミラー２３は、プリズム２２から射出された画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて反射させて射出瞳を形成する。射出瞳が形成される位置を瞳位置ＰＰと称する。瞳位置ＰＰには、表示面１１ａ上の各点からの画像光が所定の発散状態または平行状態で表示面１１ａ上の各点の位置に対応する角度方向から重畳するように入射する。本実施形態の投射光学系１２においては、ＦＯＶ（field of view）が４４°となっている。投射光学系１２による虚像の表示領域は矩形であり、上記４４°は対角方向における角度である。本実施形態では、右眼用の第１表示モジュール１０１Ａで代表して説明しているため、上記の射出瞳は、特許請求の範囲の第１射出瞳に対応する。左眼用の第２表示モジュール１０１Ｂに形成される射出瞳は、特許請求の範囲の第２射出瞳に対応する。

投射レンズ２１とプリズム２２とは、表示素子１１とともにケース５１に収納されている。ケース５１は、遮光性の材料で形成され、表示素子１１を動作させる不図示の駆動回路を内蔵している。ケース５１は開口５１ａを有しており、開口５１ａはプリズム２２からシースルーミラー２３に向かう画像光ＭＬがケース５１に干渉しないサイズを有する。ケース５１の開口５１ａは、光透過性を有する保護カバー５２で覆われている。保護カバー５２は、光学的なパワーを有しておらず、画像光ＭＬを減衰させることなく通過させる樹脂等の材料で形成される。保護カバー５２により、ケース５１内の収納空間を密閉状態とすることができ、防塵、防露、光学面への接触防止等の機能を高めることができる。ケース５１に対しては、支持板５４を介してシースルーミラー２３が支持されている。ケース５１または支持板５４は、図１に示す支持部材１０１Ｃに支持されており、支持板５４とシースルーミラー２３とによって外観部材１０３が構成されている。

投射光学系１２は、軸外し光学系で構成され、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３は、軸外し系１１２を構成する位置に配置されている。ここで言う軸外し光学系とは、投射光学系１２を構成する投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３において、少なくとも１つの反射面または屈折面への光線の入射の前後で光路が全体として折れ曲がっていることを意味する。投射光学系１２、すなわち、軸外し系１１２においては、紙面に対応する軸外し面ＳＯに沿って光軸ＡＸが延びるように光軸ＡＸの折り曲げが行われている。

すなわち、投射光学系１２では、軸外し面ＳＯ内で光軸ＡＸの折り曲げを行うことにより、軸外し面ＳＯに沿って投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３が配列されている。軸外し面ＳＯは、軸外し系１１２に多段階で非対称性を生じさせている面となっている。本明細書において、光軸ＡＸは、表示素子１１の中心から射出される主光線の光路に沿って延び、アイポイントに相当するアイリングＥＲまたは瞳の中心を通る軸と定義する。すなわち、光軸ＡＸが配置される軸外し面ＳＯは、ＹＺ面に平行であり、表示素子１１の中心と、アイポイントに相当するアイリングＥＲの中心とを通る。光軸ＡＸは、横断面で見た場合、Ｚ字状の配置となっている。すなわち、軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１と、内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２と、シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３とが、Ｚ字状に２回折り返される配置となっている。

投射光学系１２のうち、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１は、Ｚ方向に平行に近い配置となっている。すなわち、光路Ｐ１において、光軸ＡＸは、Ｚ方向または正面方向に対して略平行に延びている。投射レンズ２１は、Ｚ方向または正面方向に関して、プリズム２２と表示素子１１とに挟まれる位置に配置されている。この場合、プリズム２２から表示素子１１にかけての光路Ｐ１が正面方向に近いものとなる。光路Ｐ１における光軸ＡＸの向きは、Ｚ方向に沿って下向きを負、上向きを正として、平均的に－３０°～＋３０°程度の範囲内に収めることが望ましい。光路Ｐ１の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き－３０°以上の状態とすることで、投射レンズ２１または表示素子１１がシースルーミラー２３と干渉することを回避できる。また、光路Ｐ１の光軸ＡＸがＺ方向に向かって上向き＋３０°以下の状態とすることで、投射レンズ２１や表示素子１１が上部に突起して外観上目立つことが抑えられる。

内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２において、光軸ＡＸは、Ｚ方向に沿って下向きを負、上向きを正として、平均的に－７０°～－４５°程度の範囲内に収めることが望ましい。光路Ｐ２の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き－７０°以上の状態とすることで、シースルーミラー２３と瞳位置ＰＰとの間にインナーレンズ３１を配置する空間を確保でき、シースルーミラー２３の全体的傾斜が過度に大きくなることを回避できる。また、光路Ｐ２の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き－４５°以下の状態とすることで、プリズム２２がシースルーミラー２３に対して－Ｚ方向または背面方向に大きく突出する配置になることを回避でき、投射光学系１２の厚みが増すことを回避できる。

シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３は、Ｚ方向に平行に近い配置となっている。図示の例では、光軸ＡＸは、Ｚ方向に沿って下向きを負として、－１０°程度となっている。この理由は、人間の視線が水平方向より下側に約１０°傾いた若干の伏し目状態で安定するからである。なお、図４に示す瞳位置ＰＰに対して水平方向の中心軸ＨＸは、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳが直立姿勢でリラックスして正面に向いて水平方向または水平線を注視した場合を想定している。虚像表示装置１００を装着する個々の使用者ＵＳの眼の配置、耳の配置等を含む頭部の形状や姿勢は、様々であるが、使用者ＵＳの平均的な頭部形状または頭部姿勢を想定することで、着目する虚像表示装置１００について、平均的な中心軸ＨＸを設定することができる。以上の結果、プリズム２２の内反射面２２ｂにおいて、光軸ＡＸに沿った光線の反射角は、１０°～６０°程度となる。また、シースルーミラー２３において、光軸ＡＸに沿った光線の反射角は、２０°～４５°程度となる。

主光線の光路Ｐ２および光路Ｐ３に関して、シースルーミラー２３とプリズム２２との間の距離ｄ１は、シースルーミラー２３と瞳位置ＰＰとの間の距離ｄ２以下に設定されている。この場合、プリズム２２がシースルーミラー２３の周囲、すなわち、上方に突出する突出量を抑えることができる。ここで、距離ｄ１，ｄ２は、光軸ＡＸに沿った距離とする。シースルーミラー２３の内側において光路Ｐ２，Ｐ３上に他の光学要素が追加される場合、追加された光学要素を光路長または光学的距離に換算して距離ｄ１，ｄ２の値を決定すればよい。

投射光学系１２については、縦方向またはＹ方向に関して、瞳位置ＰＰの中心を基準として、縦方向の最も上側を通る光線の位置が３０ｍｍ以下となっている。このような範囲に光線を収めることで、投射レンズ２１または表示素子１１が上方向または＋Ｙ方向にはみ出して配置されることを回避することができる。これにより、投射レンズ２１または表示素子１１が眉の上方に張り出す量を抑えてデザイン性を確保することができる。すなわち、表示素子１１、投射レンズ２１、およびプリズム２２を含む光学ユニット１０２を小型化することができる。

また、投射光学系１２については、正面方向またはＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１１にかけての全光線の位置が１３ｍｍ以上に設定されている。このような範囲に光線を収めることで、特にシースルーミラー２３を瞳位置ＰＰに対して前方向または＋Ｚ方向に十分離して配置することができる。これにより、シースルーミラー２３の反射面２３ａ側にインナーレンズ３１を配置する空間を確保しやすくなる。

また、投射光学系１２については、前方向またはＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１１にかけての全光線の位置が４０ｍｍ以下に設定されている。このような範囲に光線を収めることで、特にシースルーミラー２３を瞳位置ＰＰに対して前方向または＋Ｚ方向に過度に離れないように配置することができる。これにより、シースルーミラー２３、表示素子１１等の前方への突出が抑えられ、デザイン性を確保しやすくなる。プリズム２２の下端については、縦方向またはＹ方向に関して、瞳位置ＰＰの中心を基準として、１０ｍｍ以上の位置に配置される。これにより、例えば上向き２０°といったシースルー時の視野の確保が容易になる。

軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１とプリズム２２の内反射面２２ｂとの間であって、投射レンズ２１および内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に、中間瞳ＩＰが配置されている。より具体的には、中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａの位置またはその近傍に配置されている。例えば、中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａに対して内反射面２２ｂ側に配置される。この場合、中間瞳ＩＰの位置は、内反射面２２ｂよりも入射面２２ａに近い状態とされる。中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａに対して投射レンズ２１側に配置されてもよい。この場合、中間瞳ＩＰの位置は、投射レンズ２１の射出面２１ｂよりも入射面２２ａに近い状態とされる。中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａと交差してもよい。中間瞳ＩＰは、表示面１１ａ上の各点からの画像光が最も広がって互いに重複する箇所を意味し、アイリングＥＲまたは瞳位置ＰＰの共役点に配置される。中間瞳ＩＰの位置またはその近傍には、開口絞りが配置されることが望ましい。

中間像ＩＭは、プリズム２２とシースルーミラー２３との間に形成されている。中間像ＩＭは、シースルーミラー２３とプリズム２２との中間点よりもプリズム２２に近い位置に形成されている。このように、プリズム２２の近くに中間像ＩＭが形成されることにより、シースルーミラー２３による像の拡大の負担を低減し、観察される虚像の収差を抑えることができる。ただし、中間像ＩＭは、プリズム２２の射出面２２ｃと交差する状態とはなっていない。すなわち、中間像ＩＭは、射出面２２ｃの外側に形成されており、この配置関係は、軸外し面ＳＯ上に限らず、射出面２２ｃ上において軸外し面ＳＯに垂直な横方向またはＸ方向の任意の点で成立する。このように、中間像ＩＭがプリズム２２の射出面２２ｃを横切らないように形成されることで、射出面２２ｃ表面のゴミまたは傷が結像に影響することを回避しやすくなる。

中間像ＩＭは、アイリングＥＲよりも光路上流であって、表示面１１ａに対して共役な位置に形成される実像である。中間像ＩＭは、表示面１１ａ上の表示像に対応するパターンを有するが、シャープに結像されている必要はなく、像面湾曲、歪曲収差等の収差を示すものであってもよい。瞳位置ＰＰで観察される虚像について最終的に収差が良好に補正されていれば、中間像ＩＭの収差は問題とならない。

以下、図４および図５を参照して、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３の形状の詳細について説明する。
図４は、投射光学系１２の縦断面図を示す。図５は、投射光学系１２の平断面図を示す。なお、図５において、投射レンズ２１の入射面２１ａおよび射出面２１ｂ、プリズム２２の入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、射出面２２ｃ、およびシースルーミラー２３の反射面２３ａは、光軸ＡＸを通ってＸＺ面に投影した状態を示している。

本実施形態の投射レンズ２１は、単レンズで構成されている。なお、投射レンズ２１は、複数枚のレンズで構成されていてもよい。投射レンズ２１を構成する光学面である入射面２１ａおよび射出面２１ｂの形状は、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって、光軸ＡＸと交差する縦方向の第１方向Ｄ１１，Ｄ１２に関して光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、第１方向Ｄ１１，Ｄ１２に直交する横方向の第２方向Ｄ０２またはＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。入射面２１ａに関する縦方向の第１方向Ｄ１１と、射出面２１ｂに関する縦方向の第２方向Ｄ１２とは、所定の角度をなしている。

投射レンズ２１は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。投射レンズ２１の入射面２１ａおよび射出面２１ｂのそれぞれは、例えば自由曲面で構成されている。なお、入射面２１ａと射出面２１ｂとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。投射レンズ２１において、入射面２１ａと射出面２１ｂとを自由曲面または非球面とすることにより、収差の低減を図ることができる。特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系または非共軸光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になる。なお、自由曲面は、回転対称軸を持たない面であり、自由曲面の面関数としては、各種の多項式を用いることができる。また、非球面は、回転対称軸を持つ面であるが、放物面や多項式で表される球面以外の面である。詳細な説明は省略するが、入射面２１ａおよび射出面２１ｂ上には、反射防止膜が形成されている。

以上のように、投射レンズ２１において、入射面２１ａの第１方向Ｄ１１と、射出面２１ｂの第１方向Ｄ１２とが所定の角度をなしているため、表示素子１１の表示面１１ａの中心からの主光線の光路に関して、射出面２１ｂが入射面２１ａに対して傾いて形成されている。すなわち、入射面２１ａと射出面２１ｂとの間に相対的な角度または傾きが存在している。そのため、投射レンズ２１において軸外し系１１２としての投射光学系１２の偏芯を部分的に補償することができ、諸収差の改善に寄与する。また、入射面２１ａと射出面２１ｂとの相対的な傾きにより、投射レンズ２１の色収差を部分的に補償することができる。

プリズム２２は、ミラーとレンズとを複合させた機能を有する屈折反射光学部材である。したがって、プリズム２２は、投射レンズ２１から射出される画像光ＭＬを屈折させつつ反射する。より詳細には、プリズム２２において、画像光ＭＬは、屈折面である入射面２２ａを経て内部に入射し、反射面である内反射面２２ｂによって非正反射方向に全反射され、屈折面である射出面２２ｃを経て外部に射出される。

入射面２２ａと射出面２２ｃとは、曲面からなる光学面であり、反射面のみの場合、または入射面２２ａおよび射出面２２ｃを平面とした場合に比較して解像度の向上に寄与する。プリズム２２を構成する光学面である入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃは、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって、光軸ＡＸと交差する縦方向の第１方向Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、第１方向Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３に直交する横方向の第２方向Ｄ０２またはＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。プリズム２２は、横方向またはＸ方向の横幅Ｐｈが縦方向またはＹ方向の縦幅Ｐｖよりも大きい。プリズム２２は、物理的な外形だけでなく、光学的な有効領域に関しても、横方向またはＸ方向の横幅が縦方向またはＹ方向の縦幅よりも大きい。これにより、横方向またはＸ方向の画角を大きくすることができる。また、後述するように、眼ＥＹの移動が横に大きいことに対応して、視線が横方向に大きく変化しても画像を視認することができる。

プリズム２２は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。プリズム２２の本体の屈折率は、画像光ＭＬの反射角を参酌して内面での全反射が達成されるような値に設定されている。プリズム２２の本体の屈折率やアッべ数は、投射レンズ２１との関係も考慮して設定されることが望ましい。特にプリズム２２または投射レンズ２１のアッベ数を大きくすることにより、色分散を少なくすることができる。

プリズム２２の光学面、すなわち入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃのそれぞれは、例えば自由曲面で構成されている。なお、入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃのそれぞれは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。プリズム２２において、入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃのそれぞれを自由曲面または非球面とすることにより、収差を低減することができる。

特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系または非共軸光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になり、解像度を向上させることができる。内反射面２２ｂについては、全反射によって画像光ＭＬを反射するものに限らず、金属膜または誘電体多層膜からなる反射面とすることもできる。この場合、内反射面２２ｂ上に、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属で形成された単層膜または多層膜からなる反射膜を蒸着等によって成膜する、あるいは金属で形成されたシート状の反射膜を貼り付ける。詳細な説明は省略するが、入射面２２ａおよび射出面２２ｃ上には、反射防止膜が形成されている。

プリズム２２は、入射面２２ａと内反射面２２ｂと射出面２２ｃとを射出成形によって一括して形成できるため、部品点数が少なくなり、３面の相互位置についても、比較的安価に例えば２０μｍ以下といったレベルで高精度化することができる。

シースルーミラー２３は、凹の表面ミラーとして機能する板状の光学部材であり、プリズム２２から射出される画像光ＭＬを反射する。シースルーミラー２３は、眼ＥＹまたは瞳孔が配置される瞳位置ＰＰを覆うとともに瞳位置ＰＰから見て凹形状を有する。シースルーミラー２３は、板状体２３ｂの一方の表面２３ｓ上にミラー膜２３ｃを形成した構造を有する反射板で構成されている。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、透過性の表反射面である。

シースルーミラー２３の反射面２３ａの形状は、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって、光軸ＡＸと交差する縦の第１方向Ｄ３１に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、第１方向Ｄ３１に直交する横方向の第２方向Ｄ０２またはＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、例えば自由曲面で構成されている。なお、反射面２３ａは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。シースルーミラー２３を自由曲面または非球面とすることにより、収差を低減することができる。特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系または非共軸光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になる。

シースルーミラー２３は、反射面２３ａが自由曲面および非球面のいずれである場合においても、曲面式の原点Ｏがシースルーミラー２３の有効領域ＥＡよりも投射レンズ２１側または表示素子１１側にシフトした形状を有する。この場合、光学系の設計に過度の負担を掛けることなく、Ｚ字状の光路を実現するシースルーミラーの傾斜面を設計することができる。上記した反射面２３ａの曲面式は、軸外し面ＳＯ上で例えば２点鎖線の曲線ＣＦの形状に対応する。よって、対称性を与える原点Ｏは、シースルーミラー２３の上端と表示素子１１の下端との間に配置されている。

シースルーミラー２３は、シースルーミラー２３に入射した光の一部を反射させ、他の一部の光を透過させる透過型の反射素子である。したがって、シースルーミラー２３のミラー膜２３ｃは、半透過反射性を有する。これにより、外界光ＯＬがシースルーミラー２３を通過するため、外界のシースルー視が可能になり、使用者は外界像に虚像が重なった状態を視認することができる。

シースルーミラー２３の板状体２３ｂを数ｍｍ程度以下に薄くすることにより、外界像の倍率変化を小さく抑えることができる。ミラー膜２３ｃの画像光ＭＬや外界光ＯＬに対する反射率は、画像光ＭＬの輝度の確保、またはシースルーによる外界像の観察を容易にする観点から、想定される画像光ＭＬの入射角範囲において１０％以上、５０％以下とすることが望ましい。

シースルーミラー２３の基材である板状体２３ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。板状体２３ｂは、板状体２３ｂを周囲から支持する支持板５４と同一の材料で形成され、支持板５４と同一の厚みを有する。ミラー膜２３ｃは、例えば膜厚を調整した複数の誘電体層からなる誘電体多層膜で形成される。ミラー膜２３ｃは、膜厚を調整したＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜または多層膜で構成されていてもよい。ミラー膜２３ｃは、上記の膜を積層することによって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。

以下、投射光学系１２における光路について説明する。
表示素子１１から射出される画像光ＭＬは、投射レンズ２１に入射して略コリメートされた状態で投射レンズ２１から射出される。投射レンズ２１を通過した画像光ＭＬは、プリズム２２の入射面２１ａにおいて屈折されつつ入射し、内反射面２２ｂにおいて１００％に近い反射率で反射され、射出面２２ｃで再度屈折される。プリズム２２から射出される画像光ＭＬは、シースルーミラー２３に入射して反射面２３ａによって５０％程度以下の反射率で反射される。シースルーミラー２３で反射された画像光ＭＬは、使用者ＵＳの眼ＥＹまたは瞳孔が配置される瞳位置ＰＰに入射する。

プリズム２２とシースルーミラー２３との間であって、プリズム２２の射出面２２ｃ寄りの位置には、中間像ＩＭが形成される。中間像ＩＭは、表示素子１１の表示面１１ａに形成された画像が適宜拡大された像である。また、瞳位置ＰＰには、画像光ＭＬに加え、シースルーミラー２３またはシースルーミラー２３の周囲の支持板５４を通過した外界光ＯＬが入射する。すなわち、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳは、外界像に重ねて、画像光ＭＬによる虚像を観察することができる。

投射光学系１２のＦＯＶは、図４と図５とを比較すると明らかなように、横方向の視野角α２は、縦方向の視野角α１よりも大きい。このことは、表示素子１１の表示面１１ａに形成する表示像が垂直方向よりも水平方向に長いことに対応している。表示面１１ａの横方向の寸法と縦方向の寸法とのアスペクト比は、例えば４：３、１６：９等の値に設定されている。

図６は、投射光学系１２による結像を概念的に説明する斜視図である。
図６において、画像光ＭＬ１は、視野中の右上方向からの光線を示し、画像光ＭＬ２は、視野中の右下方向からの光線を示し、画像光ＭＬ３は、視野中の左上方向からの光線を示し、画像光ＭＬ４は、視野中の左下方向からの光線を示す。

この場合、瞳位置ＰＰに設定されるアイリングＥＲは、軸外し面ＳＯに垂直な横方向またはＸ方向の横瞳サイズＷｈが、軸外し面ＳＯ内にあって光軸ＡＸに直交する縦方向またはＹ方向の縦瞳サイズＷｖよりも大きくなるようなアイリング形状または瞳サイズを有する。すなわち、瞳位置ＰＰにおける瞳サイズは、軸外し面ＳＯに直交する横方向またはＸ方向が、横方向に直交する縦方向またはＹ方向よりも広い。

横方向の画角または視野を縦方向の画角または視野よりも大きくした場合、画角に合わせて視線を変化させると、眼の位置は横方向に大きく動くため、瞳サイズを横方向に大きくすることが望ましい。すなわち、アイリングＥＲの横方向の瞳サイズＷｈを縦方向の瞳サイズＷｖよりも大きくすることにより、横方向に大きく視線を変化させた場合に、画像がカットされることを防止または抑制することができる。図４および図５に示す投射光学系１２の場合、横方向のＦＯＶが相対的に大きく、縦方向のＦＯＶが相対的に小さい。その結果、使用者ＵＳの眼ＥＹまたは瞳孔も、横方向に大きな角度範囲で回転し、縦方向に小さな角度範囲で回転する。よって、眼ＥＹの動きに合わせて、アイリングＥＲの横方向の瞳サイズＷｈをアイリングＥＲの縦方向の瞳サイズＷｖよりも大きくしている。

以上の説明から明らかなように、例えば投射光学系１２の縦方向のＦＯＶを横方向のＦＯＶよりも大きくなるように設定した場合、アイリングＥＲの横方向の瞳サイズＷｈをアイリングＥＲの縦方向の瞳サイズＷｖよりも小さくすることが望ましい。以上において、シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光軸ＡＸが下向きの場合、厳密な意味でのアイリングＥＲの傾きやアイリングＥＲのサイズは、光軸ＡＸをＺ０方向とする下向きに傾いた座標系Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０を基準として考える必要がある。この場合、縦方向のＹ０方向は、厳密には鉛直方向またはＹ方向と一致しない。ただし、このような傾きが大きくない場合、アイリングＥＲの傾きやアイリングＥＲのサイズを座標系Ｘ，Ｙ，Ｚで考えても、近似的に問題は生じない。

図示を省略するが、アイリングＥＲの横方向の瞳サイズＷｈと縦方向の瞳サイズＷｖとの大小関係に対応させて、投射光学系１２のＦＯＶが縦方向よりも横方向で大きい場合、中間瞳ＩＰについても、Ｘ方向の横方向の瞳サイズがＹ方向の縦方向の瞳サイズよりも小さくなるように設定することが望ましい。

図７に示すように、投射光学系１２による結像状態を示す本来の投影像ＩＧ０は、比較的大きな歪みを有する。ところが、投射光学系１２が軸外し系１１２であることから、台形歪のような歪みを除去することは容易ではない。したがって、投射光学系１２に歪みが残存していても、元の表示像をＤＡ０とした場合において、表示面１１ａに形成する表示像を予め歪みを持たせた修正画像ＤＡ１とする。すなわち、表示素子１１に表示される画像を、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３によって形成される歪みを相殺する逆の歪みを有する修正画像ＤＡ１とする。

これにより、投射光学系１２を経て瞳位置ＰＰで観察される虚像の投影像ＩＧ１の画素配列を、ＤＡ０に対応する格子パターンとすることができ、投影像ＩＧ１の輪郭を矩形とすることができる。その結果、シースルーミラー２３等で発生する歪曲収差を許容しつつ、表示素子１１を含めた表示モジュール１０１Ａ全体として収差を抑えることができる。表示面１１ａの外形が矩形である場合、強制的な歪みを形成することで表示面１１ａの周縁部に余白が形成されるが、このような余白に付加情報を表示させることもできる。表示面１１ａに形成する修正画像ＤＡ１は、画像処理によって強制的な歪みを形成したものに限らず、例えば表示面１１ａに形成された表示画素の配列を強制的な歪みに対応するものにしてもよい。この場合、歪みを補正するための画像処理は不要となる。さらに、表示面１１ａに収差を補正する湾曲を持たせることもできる。

以上説明したように、投射光学系１２による歪みは、表示素子１１に表示する画像に、投射光学系１２で発生する歪みを相殺する歪みを加味することで補正することができる。逆に言えば、投射光学系１２で発生する歪みを表示素子１１によって補正できるため、歪みの発生を許容した光学系を採用することができる。これにより、表示モジュールの部品点数の削減、および表示モジュールの小型化を図ることができる。

しかしながら、投射光学系を構成する投射レンズ、プリズム、シースルーミラー等の光学素子の部品精度および組立精度、ならびに投射光学系と表示素子との位置関係が最適値、すなわち設計値からずれた場合、投射光学系によって発生する歪みが大きく変化する。上述したように、投射光学系によって発生する歪みを相殺する歪みを持った画像を表示装置に表示することで歪み形状を補正することができる。ところが、上記のパラメーターの最適値からのずれが大きい程、歪み補正によって虚像の解像度が低下するおそれがある。また、両眼ヘッドマウントディスプレイを構成する際に、両眼視で違和感がないように左右の画像位置を調整する必要がある。ところが、表示素子の位置調整によって左右の画像位置を調整した場合、投射光学系によって発生する歪みも変化するため、投射光学系によって発生する歪みの補正と、左右の画像位置の調整と、を両立させることが困難である。

以下、投射光学系１２と表示素子１１との位置調整構造について詳細に説明する。
図８は、表示モジュール１０１Ａの斜視図である。図９は、表示素子支持部材の近傍を拡大した斜視図である。図１０は、投射光学系１２の斜視図である。
上述したように、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとが同一の構成を有するため、以下の投射光学系１２と表示素子１１との位置合わせ構造の説明においても、表示モジュールを第１表示モジュール１０１Ａで代表し、第１表示モジュール１０１Ａを単に表示モジュール１０１Ａと称して説明する。

図８に示すように、表示モジュール１０１Ａは、表示素子１１と、表示素子１１を支持する表示素子支持部材６１と、投射光学系１２と、投射光学系を支持する投射光学支持部材６２と、を有する。
本実施形態の表示素子支持部材６１は、特許請求の範囲の第１表示素子支持部材および第２表示素子支持部材に対応する。本実施形態の投射光学支持部材６２は、特許請求の範囲の第１投射光学支持部材および第２投射光学支持部材に対応する。

図９に示すように、表示素子支持部材６１は、表示素子支持部材本体６１０と、表示素子支持部材本体６１０の側面から横方向に突出する２つの凸部６１１と、を有する。
本実施形態の凸部６１１は、特許請求の範囲の第１凸部および第２凸部に対応する。

表示素子支持部材本体６１０は、表示素子１１から射出される画像光の進行方向、すなわち、Ｚ方向から見て矩形枠状の形状を有し、中央に開口部を有する。表示素子１１は、表示素子支持部材本体６１０の投射光学系１２に対向する側の面に支持されている。表示素子１１の具体的な支持構造については、例えば表示素子１１が表示素子支持部材本体６１０に接着される構成であってもよいし、他の支持部材を介して支持される構成であってもよく、特に限定されない。

図９に示すように、２つの凸部６１１は、観察者から見て、表示素子支持部材本体６１０の右側面から右方に向けて突出する凸部６１１と、表示素子支持部材本体６１０の左側面から左方に向けて突出する凸部６１１と、を有する。左右の２つの凸部６１１は、同一の形状および寸法を有するため、以下、表示素子支持部材本体６１０の左側の凸部６１１について説明する。

凸部６１１は、略直方体の形状を有し、Ｘ方向に直交する第１面６１１ａと、Ｙ方向に直交して凸部６１１の下面となる第２面６１１ｂと、第２面６１１ｂと対向して凸部６１１の上面となる第３面６１１ｃと、Ｚ方向に直交して凸部６１１の後面となる第４面６１１ｄと、第４面６１１ｄと対向して凸部の前面となる第５面６１１ｅと、を有する。なお、左右の２つの凸部６１１は、互いに異なる形状または寸法を有していてもよい。

投射光学支持部材６２は、投射光学支持部材本体６２０と、投射光学支持部材本体６２０に設けられ、表示素子支持部材の各凸部６１１と対向する２つの凹部６２１と、投射光学支持部材本体６２０から横方向に突出する調整用凸部６２２と、を有する。
本実施形態の凹部６２１は、特許請求の範囲の第１凹部および第２凹部に対応する。本実施形態の調整用凸部６２２は、特許請求の範囲の第１調整用凸部および第２調整用凸部に対応する。

図８に示すように、投射光学支持部材本体６２０は、横方向に所定の間隔をおいて設けられた２つの支持部６２３を有し、２つの支持部６２３の間の空間が表示素子支持部材６１を収容する収容部６２５となっている。各支持部６２３には、表示素子支持部材６１の凸部６１１と対向し、凸部６１１を収容可能な形状および寸法を有する凹部６２１が設けられている。左右の２つの凹部６２１は、同一の形状および寸法を有するため、以下、投射光学支持部材本体６２０の左側の凹部６２１について説明する。

凹部６２１は、内部空間が略直方体となるように凹んだ形状を有し、Ｘ方向に直交する第６面６２１ａと、Ｙ方向に直交する第７面６２１ｂと、Ｚ方向に直交する第８面６２１ｃと、を有する。なお、左右の２つの凹部６２１は、互いに異なる形状または寸法を有していてもよく、当該凹部６２１に対応する凸部６１１を収容可能な形状および寸法を有していればよい。

図１０に示すように、本実施形態の投射光学系１２において、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３は、接着層（図示略）を介して互いに接合されている。すなわち、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３は、他の支持部材を介することなく、互いに位置決めがなされている。
本実施形態の投射レンズ２１は、特許請求の範囲の第１投射レンズおよび第２投射レンズに対応する。本実施形態のプリズム２２は、特許請求の範囲の第１プリズムおよび第２プリズムに対応する。本実施形態のシースルーミラー２３は、特許請求の範囲の第１シースルーミラーおよび第２シースルーミラーに対応する。

投射レンズ２１は、投射レンズ本体２１０と、投射レンズ本体２１０と一体に形成された第１位置決め部２１１を有する。プリズム２２は、プリズム本体２２０と、プリズム本体２２０と一体に形成された第２位置決め部２２１および第３位置決め部２２２を有する。シースルーミラー２３は、シースルーミラー本体２３０と、シースルーミラー本体２３０と一体に形成された第４位置決め部２３１を有する。投射レンズ２１とプリズム２２とは、第１位置決め部２１１と第２位置決め部２２１とが互いに接することによって互いの位置決めがなされている。プリズム２２とシースルーミラー２３とは、第３位置決め部２２２と第４位置決め部２３１とが互いに接することによって互いの位置決めがなされている。

このように、本実施形態の場合、投射レンズ２１がプリズム２２に対して位置決めされ、シースルーミラー２３がプリズム２２に対して位置決めされたことによって、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３の相互の位置決めがなされている。なお、この例では、３つの光学部材のうち、プリズム２２が位置決めの基準となっているが、位置決めの基準となる光学部材は、投射レンズ２１であってもよいし、シースルーミラー２３であってもよい。

図９に示すように、表示素子支持部材６１は、凸部６１１が凹部６２１の内側に収容される位置において投射光学支持部材６２の収容部６２５に収容されている。この状態において、凸部６１１の第１面６１１ａが凹部６２１の第６面６２１ａに対向し、凸部６１１の第２面６１１ｂが凹部６２１の第７面６２１ｂに対向し、凸部６１１の第４面６１１ｄが凹部６２１の第８面６２１ｃに対向する。ただし、第１面６１１ａと第６面６２１ａ、第２面６１１ｂと第７面６２１ｂ、および第４面６１１ｄと第８面６２１ｃは、互いに対向するが、２つの面が直接接触していなくてもよい。すなわち、凸部６１１は、凹部６２１との間にクリアランスＣ１を有して凹部６２１の内部に配置されている。

また、互いに対向する上記の２つの面は、互いに平行であってもよいし、互いに平行でなくてもよい。また、凸部６１１の第３面６１１ｃおよび第５面６１１ｅは、凹部６２１の各面と対向しておらず、外部に露出している。
本実施形態の第１面６１１ａは、特許請求の範囲の第１対向面および第７対向面に対応する。本実施形態の第２面６１１ｂは、特許請求の範囲の第２対向面および第８対向面に対応する。本実施形態の第４面６１１ｄは、特許請求の範囲の第３対向面および第９対向面に対応する。本実施形態の第６面６２１ａは、特許請求の範囲の第４対向面および第１０対向面に対応する。本実施形態の第７面６２１ｂは、特許請求の範囲の第５対向面および第１１対向面に対応する。本実施形態の第８面６２１ｃは、特許請求の範囲の第６対向面および第１２対向面に対応する。

第１面６１１ａと第６面６２１ａとの間、第２面６１１ｂと第７面６２１ｂとの間、および第４面６１１ｄと第８面６２１ｃとの間のクリアランスＣ１は、例えば数十μｍ～１ｍｍ程度の大きさであり、一般的な部品同士の組み立てに要するクリアランスよりも大きい。上記の３個所のクリアランスＣ１は、後述するように、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との位置関係を調整するために用いられるため、同じ大きさである必要はない。上記の３個所のクリアランスＣ１には、接着層（図示略）が設けられている。すなわち、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２とは、互いの位置関係が調整された状態で上記の３個所のクリアランスＣ１に設けられた接着層によって互いに固定されている。

以下、右眼用の第１表示モジュール１０１Ａと左眼用の第２表示モジュール１０１Ｂとの位置調整構造について、詳細に説明する。
図１１は、第１表示モジュール１０１Ａおよび第２表示モジュール１０１Ｂの斜視図である。図１２は、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの連結部６５を拡大した平面図である。

図１１に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、第１表示モジュール１０１Ａと、第２表示モジュール１０１Ｂと、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとを連結する連結部６５と、を備えている。連結部６５は、第１投射光学支持部材６２Ａと第２投射光学支持部材６２Ｂとにおける相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する調整構造を有する。

なお、今までの説明では、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとが同一の構成を有するため、各構成要素の名称から「第１」、「第２」の序数を省略したが、以下の説明では、第１表示モジュール１０１Ａの構成要素と第２表示モジュール１０１Ｂの構成要素とを区別するため、各構成要素の名称に「第１」、「第２」の序数を付す。

本実施形態の連結部６５は、第１投射光学支持部材６２Ａおよび第２投射光学支持部材６２Ｂとは別体に設けられ、第１投射光学支持部材６２Ａと第２投射光学支持部材６２Ｂとを連結する連結部材６６を有する。連結部材６６は、基部６６１と、基部６６１と一体に設けられた挟持部６６２と、基部６６１に設けられた調整用凹部６６３と、を有する。

第１投射光学支持部材６２Ａは、第２投射光学支持部材６２Ｂに対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第１調整用凸部６２２Ａを有する。第１調整用凸部６２２Ａは、第１投射光学支持部材本体から横方向の一方（＋Ｘ方向）に張り出す板部から構成されている。

第２投射光学支持部材６２Ｂは、第１投射光学支持部材６２Ａに対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第２調整用凸部６２２Ｂを有する。第２調整用凸部６２２Ｂは、第２投射光学支持部材本体から横方向の他方（－Ｘ方向）に張り出す板部から構成されている。

連結部材６６において、挟持部６６２は、第１調整用凸部６２２Ａを奥行き方向から挟み込む第１挟持部６６２Ａと、第２調整用凸部６２２Ｂを奥行き方向から挟み込む第２挟持部６６２Ｂと、から構成されている。図１２に示すように、調整用凹部６６３は、第１調整用凸部６２２Ａを収容する第１調整用凹部６６３Ａと、第２調整用凸部６２２Ｂを収容する第２調整用凹部６６３Ｂと、から構成されている。すなわち、連結部材６６は、第１調整用凸部６２２Ａと第２調整用凸部６２２Ｂとを収容する調整用凹部６６３を有する。本実施形態の場合、調整用凹部６６３は、各調整用凸部６２２Ａ，６２２Ｂを個別に収容する２つの調整用凹部６６３Ａ，６６３Ｂから構成されているが、この構成に代えて、第１調整用凸部６２２Ａと第２調整用凸部６２２Ｂとの双方を収容する１つの調整用凹部から構成されていてもよい。

第１調整用凸部６２２Ａは、Ｘ方向に直交する第１１面６２２ａと、Ｙ方向に直交し、第１調整用凸部６２２Ａの下面となる第１２面６２２ｂと、第１調整用凸部６２２Ａの上面となる第１３面６２２ｃと、Ｚ方向に直交し、第１調整用凸部６２２Ａの前面となる第１４面６２２ｄと、第１調整用凸部６２２Ａの後面となる第１５面６２２ｅと、を有する。また、第２調整用凸部６２２Ｂは、Ｘ方向に直交する第１６面６２２ｆと、Ｙ方向に直交し、第２調整用凸部６２２Ｂの下面となる第１７面６２２ｇと、第２調整用凸部６２２Ｂの上面となる第１８面６２２ｈと、Ｚ方向に直交し、第２調整用凸部６２２Ｂの前面となる第１９面６２２ｉと、第２調整用凸部６２２Ｂの後面となる第２０面６２２ｊと、を有する。

第１調整用凹部６６３Ａは、Ｘ方向に直交する第２１面６６３ａと、Ｙ方向に直交する第２２面６６３ｂと、Ｚ方向に直交し、互いに対向する第２３面６６３ｃおよび第２４面６６３ｄと、を有する。また、第２調整用凹部６６３Ｂは、Ｘ方向に直交する第２５面６６３ｅと、Ｙ方向に直交する第２６面６６３ｆと、Ｚ方向に直交し、互いに対向する第２７面６６３ｇおよび第２８面６６３ｈと、を有する。

図１１に示すように、第１投射光学支持部材６２Ａは、第１調整用凸部６２２Ａが第１調整用凹部６６３Ａ内に収容された状態で連結部材６６に固定されている。この状態において、図１２に示すように、第１調整用凸部６２２Ａの第１１面６２２ａが第１調整用凹部６６３Ａの第２１面６６３ａに対向し、第１調整用凸部６２２Ａの第１２面６２２ｂが第１調整用凹部６６３Ａの第２２面６６３ｂに対向し、第１調整用凸部６２２Ａの第１４面６２２ｄが第１調整用凹部６６３Ａの第２３面６６３ｃに対向し、第１調整用凸部６２２Ａの第１５面６２２ｅが第１調整用凹部６６３Ａの第２４面６６３ｄに対向する。ただし、第１１面６２２ａと第２１面６６３ａ、第１２面６２２ｂと第２２面６６３ｂ、第１４面６２２ｄと第２３面６６３ｃ、および第１５面６２２ｅと第２４面６６３ｄは、互いに対向するが、直接接触していなくてもよい。すなわち、第１調整用凸部６２２Ａは、第１調整用凹部６６３Ａとの間にクリアランスＣ２を有して第１調整用凹部６６３Ａの内部
に配置されている。また、互いに対向する上記の２つの面は、互いに平行であってもよいし、互いに平行でなくてもよい。また、第１調整用凸部６２２Ａの第１３面６２２ｃは、第１調整用凹部６６３Ａの面と対向しておらず、外部に露出している。

図１１に示すように、第２投射光学支持部材６２Ｂは、第２調整用凸部６２２Ｂが第２調整用凹部６６３Ｂ内に収容された状態で連結部材６６に固定されている。この状態において、図１２に示すように、第２調整用凸部６２２Ｂの第１６面６２２ｆが第２調整用凹部６６３Ｂの第２５面６６３ｅに対向し、第２調整用凸部６２２Ｂの第１７面６２２ｇが第２調整用凹部６６３Ｂの第２６面６６３ｆに対向し、第２調整用凸部６２２Ｂの第１９面６２２ｉが第２調整用凹部６６３Ｂの第２７面６６３ｇに対向し、第２調整用凸部６２２Ｂの第２０面６２２ｊが第２調整用凹部６６３Ｂの第２８面６６３ｈに対向する。ただし、第１６面６２２ｆと第２５面６６３ｅ、第１７面６２２ｇと第２６面６６３ｆ、第１９面６２２ｉと第２７面６６３ｇ、および第２０面６２２ｊと第２８面６６３ｈは、互いに対向するが、直接接触していなくてもよい。すなわち、第２調整用凸部６２２Ｂは、第２調整用凹部６６３Ｂとの間にクリアランスＣ２を有して第２調整用凹部６６３Ｂの内部に配置されている。また、互いに対向する上記の２つの面は、互いに平行であってもよいし、互いに平行でなくてもよい。また、第２調整用凸部６２２Ｂの第１８面６２２ｈは、第２調整用凹部６６３Ｂの面と対向しておらず、外部に露出している。

上記のクリアランスＣ２は、例えば数十μｍ～１ｍｍ程度の大きさであり、一般的な部品同士の組み立てに要するクリアランスよりも大きい。複数個所のクリアランスＣ２は、後述するように、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュールと１０１Ｂとの位置関係を調整するために用いられるため、同じ大きさである必要はない。複数個所のクリアランスＣ２には、接着層６７が設けられている。すなわち、第１投射光学支持部材６２Ａと第２投射光学支持部材６２Ｂとは、互いの位置関係が調整された状態で上記の複数個所のクリアランスＣ２に設けられた接着層６７によって連結部材６６に固定され、連結部材６６を介して互いに連結されている。

本実施形態の虚像表示装置１００を製造する際には、第１表示モジュール１０１Ａにおいて、第１表示素子支持部材６１Ａと第１投射光学支持部材６２Ａとの位置合わせを行うことにより、第１表示素子１１Ａと第１投射光学系１２Ａとの相対的位置の調整を行うとともに、第２表示モジュール１０１Ｂにおいて、第２表示素子支持部材６１Ｂと第２投射光学支持部材６２Ｂとの位置合わせを行うことにより、第２表示素子１１Ｂと第２投射光学系１２Ｂとの相対的位置の調整を行い、各表示素子支持部材６１Ａ，６１Ｂと各投射光学支持部材６２Ａ，６２Ｂとを接着剤を用いて接合する。その後、第１投射光学支持部材６２Ａと連結部材６６との位置調整、および第２投射光学支持部材６２Ｂと連結部材６６との位置調整を行うことにより、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの相対的位置の調整を行い、各投射光学支持部材６２Ａ，６２Ｂと連結部材６６とを接着剤を用いて接合する。

以下、各部材の位置調整の方法について具体的に説明する。
各表示素子支持部材６１Ａ，６１Ｂと各投射光学支持部材６２Ａ，６２Ｂとの位置調整については、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとで共通のため、第１表示モジュール１０１Ａで代表して説明するとともに、各部材の「第１」の序数を省略する。

最初に、図９に示すように、表示モジュール１０１Ａにおける表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との位置調整を行う。この際には、瞳位置における虚像の表示状態を確認しながら、投射光学支持部材６２の位置を固定した状態で表示素子支持部材６１の位置を調整する。

このとき、凸部６１１と凹部６２１との間に例えば１ｍｍ程度のクリアランスＣ１が設けられているため、凸部６１１を凹部６２１内に配置した状態で、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との横方向（Ｘ方向）における相対的位置、縦方向（Ｙ方向）における相対的位置、奥行き方向（Ｚ方向）における相対的位置、および表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２とのＸ軸回りの相対的回転位置、Ｙ軸回りの相対的回転位置、およびＺ軸回りの相対的回転位置、のそれぞれを調整することができる。すなわち、凸部６１１と凹部６２１との間にクリアランスＣ１が設けられたことにより、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との６軸方向の位置調整が可能である。

次に、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との６軸方向の位置調整が終了した後、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との位置関係を維持した状態で、凸部６１１と凹部６２１との間のクリアランスＣ１に接着剤を注入し、接着剤を硬化させる。接着剤としては、例えば紫外線硬化性樹脂からなる接着剤を用いることができ、塗布後の接着剤に紫外光を照射することで硬化させることができる。なお、接着剤の種類は特に限定されない。また、上記の手順に代えて、凸部６１１と凹部６２１との少なくとも一方に接着剤を塗布した後、表示素子支持部材６１と投射光学支持部材６２との位置調整を行い、その後、接着剤を硬化させてもよい。

次に、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置調整を行う。この際には、両眼での虚像の表示状態を確認しながら、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの相対的な位置関係を調整し、左右の虚像の水平方向、垂直方向、および回転方向の表示位置、輻輳距離等の状態を調整する。

ここで、一つの手順として、例えば第２表示モジュール１０１Ｂを連結部材６６に仮固定した上で、第１表示モジュール１０１Ａと連結部材６６との位置関係を調整する。このとき、図１２に示すように、第１調整用凸部６２２Ａと第１調整用凹部６６３Ａとの間に例えば１ｍｍ程度のクリアランスＣ２が設けられているため、第１調整用凸部６２２Ａを第１調整用凹部６６３Ａ内に配置した状態で、第１表示モジュール１０１Ａと連結部材６６との横方向（Ｘ方向）における相対的位置、縦方向（Ｙ方向）における相対的位置、奥行き方向（Ｚ方向）における相対的位置、Ｘ軸回りの相対的回転位置、Ｙ軸回りの相対的回転位置、Ｚ軸回りの相対的回転位置、のそれぞれを調整することができる。

これにより、第１表示モジュール１０１Ａと連結部材６６との位置関係を調整することができ、その結果、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置関係を調整することができる。なお、上記の手順により、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置関係を適切に調整できない場合、さらに第２表示モジュール１０１Ｂと連結部材６６との位置関係を調整してもよい。また、上記の手順とは逆に、第１表示モジュール１０１Ａを連結部材６６に仮固定した上で、第２表示モジュール１０１Ｂと連結部材６６との位置関係を調整してもよい。いずれの手順によっても、本実施形態の虚像表示装置１００においては、第１調整用凸部６２２Ａと第１調整用凹部６６３Ａとの間、および第２調整用凸部６２２Ｂと第２調整用凹部６６３Ｂとの間にクリアランスＣ２が設けられたことにより、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの６軸方向の位置調整が可能である。

次に、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの６軸方向の位置調整が終了した後、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置関係を維持した状態で、第１調整用凸部６２２Ａと第１調整用凹部６６３Ａとの間、および第２調整用凸部６２２Ｂと第２調整用凹部６６３Ｂとの間のクリアランスＣ２に接着剤を注入し、接着剤を硬化させる。接着剤としては、例えば紫外線硬化性樹脂からなる接着剤を用いることができ、塗布後の接着剤に紫外光を照射することで硬化させることができる。なお、接着剤の種類は特に限定されない。また、上記の手順に代えて、各調整用凸部６２２Ａ，６２２Ｂと各調整用凹部６６３Ａ，６６３Ｂとの少なくとも一方に接着剤を塗布した後、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置調整を行い、その後、接着剤を硬化させてもよい。

このように、連結部６５は、各調整用凸部６２２Ａ，６２２Ｂと各調整用凹部６６３Ａ，６６３Ｂとの間にクリアランスＣ２が設けられたことにより、第１投射光学支持部材６２Ａと第２投射光学支持部材６２Ｂとにおける相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する調整構造を有する。なお、本実施形態の構成に代えて、第１調整用凸部６２２Ａと第１調整用凹部６６３Ａとの間、および第２調整用凸部６２２Ｂと第２調整用凹部６６３Ｂとの間のいずれか一方にのみ、クリアランスＣ２が設けられ、他方にはクリアランスＣ２が設けられていなくてもよい。この構成では、クリアランスＣ２が設けられた側の表示モジュール１０１Ａ，１０１Ｂと連結部材６６との位置調整のみが可能となるが、その場合であっても、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの相対的な位置調整は可能である。なお、上記の調整構造は、虚像表示装置１００の製造プロセスの途中で位置調整が可能な構造であればよく、位置調整後は接着剤等で固定された状態となっていてもよい。すなわち、上記の調整構造は、必ずしも虚像表示装置１００が完成した後も位置調整が可能となっている構造を意味しない。ただし、虚像表示装置１００が完成した後も位置調整が可能となっていてもよい。

以上説明したように、本実施形態の虚像表示装置１００の製造方法は、第１表示モジュール１０１Ａにおいて、凸部６１１と凹部６２１とを嵌合させた状態で、第１表示素子支持部材６１Ａと第１投射光学支持部材６２Ａとの相対的回転位置、横方向における相対的位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第１調整工程と、第２表示モジュール１０１Ｂにおいて、凸部６１１と凹部６２１とを嵌合させた状態で、第２表示素子支持部材６１Ｂと第２投射光学支持部材６２Ｂとの相対的回転位置、横方向における相対的位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第２調整工程と、連結部６５の調整構造を用いて、第１投射光学支持部材６２Ａと第２投射光学支持部材６２Ｂとの相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第３調整工程と、を備える。

以上説明したように、本実施形態の虚像表示装置１００においては、プリズム２２によって収差を補正できるため、解像度の向上、および光学系の小型化、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。また、軸外し系１１２の軸外し面ＳＯにおいて、中間瞳ＩＰが投射レンズ２１と内反射面２２ｂとの間であって、投射レンズ２１および内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に配置されるため、光学系の大型化を回避しつつ表示素子１１側でテレセン性を確保しやすくなる。また、この位置に中間瞳ＩＰが配置されることで、焦点距離を短く、倍率を大きくすることが容易になり、表示素子１１をプリズム２２等に近づけつつ、表示素子１１を小さくすることができる。また、中間像ＩＭがプリズム２２とシースルーミラー２３との間に形成されるため、プリズム２２を小さくすることができる。

また、本実施形態の虚像表示装置１００によれば、各表示モジュール１０１Ａ，１０１Ｂにおける表示素子１１と投射光学系１２との相対的な位置関係と、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの相対的な位置関係と、の双方を虚像表示装置１００の製造時の組み立て工程において適切に調整することができる。これにより、画像の歪みを適切に補正することができ、歪み補正に伴う虚像の解像度の劣化が抑えられるとともに、虚像を両眼視した際の違和感を低減することができ、表示品質を高めることができる。

また、本実施形態の虚像表示装置１００においては、連結部６５が第１投射光学支持部材６２Ａおよび第２投射光学支持部材６２Ｂとは別体に設けられた連結部材６６を有しているため、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置調整を行う際に、連結部材６６が第１投射光学支持部材６２Ａおよび第２投射光学支持部材６２Ｂを支持する支持部材としても機能する。これにより、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの位置調整作業を安定して行うことができる。また、連結部材６６の存在によって接着面を広く取ることができ、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとの連結部６５の機械的強度を確保することができる。

また、本実施形態の虚像表示装置１００においては、各表示素子支持部材６１Ａ，６１Ｂが各表示素子支持部材本体６１０の側面から横方向に突出する凸部６１１を有し、各投射光学支持部材６２Ａ，６２Ｂは、各凸部６１１と対向する凹部６２１を有しているため、凸部６１１と凹部６２１とを嵌合させる形態で各表示素子支持部材６１Ａ，６１Ｂと各投射光学支持部材６２Ａ，６２Ｂとの位置調整を行うことができる。

また、本実施形態の虚像表示装置１００においては、各凸部６１１は、横方向、縦方向、および奥行き方向のそれぞれに交差する対向面を有し、各凹部６２１は、各凸部６１１の対向面に対向する対向面を有しているため、各表示素子支持部材６１Ａ，６１Ｂと各投射光学支持部材６２Ａ，６２Ｂとの６軸方向の位置調整を精密に行うことができる。

また、本実施形態の虚像表示装置１００においては、各投射光学系１２Ａ，１２Ｂを構成する投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３が他の部材を介することなく、接着層を介して互いに接合されているため、各表示モジュール１０１Ａ，１０１Ｂの小型化が図れるとともに、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３の位置決め精度を確保することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１３を用いて説明する。
第２実施形態の虚像表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、連結部の構成が第１実施形態と異なる。そのため、虚像表示装置の全体構成の説明は省略する。
図１３は、本実施形態の虚像表示装置２００における第１表示モジュール２０１Ａおよび第２表示モジュール２０１Ｂの斜視図である。
図１３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

第１実施形態の虚像表示装置１００において、連結部６５は、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとを互いに連結する連結部材６６を有していた。これに対し、本実施形態の虚像表示装置２００において、連結部７５は、第１表示モジュール２０１Ａと第２表示モジュール２０１Ｂとを互いに連結する連結部材を有していない。

図１３に示すように、本実施形態の虚像表示装置２００において、連結部７５は、第１投射光学支持部材７２Ａと一体に設けられた第１連結部７２１Ａと、第２投射光学支持部材７２Ｂと一体に設けられた第２連結部７２１Ｂと、を有する。

第１連結部７２１Ａは、第１投射光学支持部材本体から横方向の一方（＋Ｘ方向）に向けて延びている。第１連結部７２１Ａは、＋Ｘ方向に向けて延びる先端部に、第２投射光学支持部材７２Ｂに対する相対的回転位置、横方向における相対的位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置を調整するための第１係合部７２１ｃが設けられている。第２連結部７２１Ｂは、第２投射光学支持部材本体から横方向の他方（－Ｘ方向）に向けて延びている。第２連結部７２１Ｂは、－Ｘ方向に向けて延びる先端部に、第１投射光学支持部材７２Ａに対する相対的回転位置、横方向における相対的位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置を調整するための第２係合部７２１ｄが設けられている。

具体的には、第１係合部７２１ｃは、前方（＋Ｚ方向）に位置し、第２投射光学支持部材７２Ｂが設けられた方向に向けて突出する凸部と、凸部よりも後方（－Ｚ方向）に位置し、第２投射光学支持部材７２Ｂが設けられた方向とは反対方向に向けて凹んだ凹部と、から構成されている。第２係合部７２１ｄは、後方（－Ｚ方向）に位置し、第１投射光学支持部材７２Ａが設けられた方向に向けて突出する凸部と、凸部よりも前方（＋Ｚ方向）に位置し、第１投射光学支持部材７２Ａが設けられた方向とは反対方向に向けて凹んだ凹部と、から構成されている。第１投射光学支持部材７２Ａと第２投射光学支持部材７２Ｂとは、第１係合部７２１ｃの凸部と第２係合部７２１ｄの凹部とが係合し、第１係合部７２１ｃの凹部と第２係合部７２１ｄの凸部とが係合する位置に配置されている。

第１係合部７２１ｃと第２係合部７２１ｄとの間には、クリアランスＣ３が設けられている。クリアランスＣ３は、例えば数十μｍ～１ｍｍ程度の大きさである。クリアランスＣ３には、接着層６７が設けられている。すなわち、第１投射光学支持部材７２Ａと第２投射光学支持部材７２Ｂとは、互いの位置関係が調整された状態でクリアランスＣ３に設けられた接着層６７によって互いに連結されている。このように、第１係合部７２１ｃと第２係合部７２１ｄとの係合は、接着層６７等の接合材を介して固定された状態であってもよいし、接合材を介することなく、凸部と凹部とが嵌まり合うことで固定された状態であってもよい。
虚像表示装置２００のその他の構成は、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様である。

本実施形態の虚像表示装置２００において、第１表示モジュール２０１Ａと第２表示モジュール２０１Ｂとの位置調整を行う際には、例えば第２表示モジュール２０１Ｂを任意の治具に保持させた状態で第１表示モジュール２０１Ａを移動させつつ、第１表示モジュール２０１Ａと第２表示モジュール２０１Ｂとの位置関係を調整する。このとき、第１係合部７２１ｃと第２係合部７２１ｄとの間に例えば１ｍｍ程度のクリアランスＣ３が設けられているため、第１表示モジュール２０１Ａと第２表示モジュール２０１Ｂとの横方向（Ｘ方向）における相対的位置、縦方向（Ｙ方向）における相対的位置、奥行き方向（Ｚ方向）における相対的位置、および第１表示モジュール２０１Ａと第２表示モジュール２０１ＢとのＸ軸回りの相対的回転位置、Ｙ軸回りの相対的回転位置、Ｚ軸回りの相対的回転位置、のそれぞれを調整することができる。本実施形態も第１実施形態と同様、調整構造は、虚像表示装置２００の製造プロセスの途中で位置調整が可能な構造であればよく、位置調整後は接着層６７で固定された状態となっていてもよい。

本実施形態においても、虚像表示装置２００の小型化を図ることができる、虚像の歪みを適切に補正できるとともに、虚像を両眼視した際の違和感を低減することができ、表示品質を高めることができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

特に本実施形態の場合、連結部７５が第１表示モジュール２０１Ａおよび第２表示モジュール２０１Ｂとは別体の連結部材を有していないため、虚像表示装置２００の部品点数の削減を図ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態の虚像表示装置においては、連結部が、第１表示モジュールと第２表示モジュールとの６軸方向の位置調整が可能な調整構造を有していたが、横方向における相対的位置を除く５軸方向の位置調整が可能な調整構造を有していてもよい。

上記実施形態では、各凸部および各凹部を構成する複数の面同士が互いに直交しているが、複数の面は、必ずしも互いに直交していなくてもよく、例えば隣り合う面同士が鋭角または鈍角をなしていてもよい。また、上記実施形態では、略直方体状の形状を有する凸部と凹部とで構成したが、この構成に代えて、例えば凸部をピンで構成し、凹部を孔で構成し、クリアランスを有する孔にピンを嵌合させることによって２つの光学部材の位置調整を行う構成としてもよい。また、上記実施形態では、連結部として、各表示モジュールの投射光学支持部材が調整用凸部を有し、連結部材が調整用凹部を有していたが、この構成とは逆に、連結部材が調整用凸部を有し、各表示モジュールの投射光学支持部材が調整用凸部を内部に収容する調整用凹部を有していてもよい。

上記実施形態では、投射光学系を構成する投射レンズ、プリズム、およびシースルーミラーが接着層を介して互いに接着されている例を挙げたが、投射レンズ、プリズム、およびシースルーミラーが他の支持部材を介して連結されていてもよい。また、上記実施形態では、投射レンズは、１枚のレンズで構成されているが、複数枚のレンズで構成されていてもよい。また、上記実施形態では、投射光学系を構成する光学部材として、投射レンズ、プリズム、シースルーミラーの例を挙げたが、その他、例えば反射型体積ホログラム、フレネルレンズ等の光学部材であってもよい。

その他、虚像表示装置を構成する各種構成要素の数、配置、形状および材料等の具体的な構成は、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

また、上記実施形態においては、虚像表示装置の一例として、ヘッドマウントディスプレイを挙げたが、例えば双眼鏡のように、装置本体を手で持って覗き込む形態のディスプレイ、いわゆるハンドヘルドディスプレイに本発明を適用してもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の虚像表示装置は、右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュールと、左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュールと、前記第１表示モジュールと前記第２表示モジュールとを連結する連結部と、を備え、前記第１表示モジュールは、右眼用画像を形成する第１画像光を射出する第１表示素子と、前記第１表示素子を支持する第１表示素子支持部材と、前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を投射して第１射出瞳を形成する第１投射光学系と、前記第１投射光学系を支持する第１投射光学支持部材と、を有し、前記第１表示素子支持部材は、第１凸部および第１凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部および前記第１凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第１凸部は、前記第１凹部との間にクリアランスを有して前記第１凹部の内部に配置され、前記第２表示モジュールは、左眼用画像を形成する第２画像光を射出する第２表示素子と、前記第２表示素子を支持する第２表示素子支持部材と、前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を投射して第２射出瞳を形成する第２投射光学系と、前記第２投射光学系を支持する第２投射光学支持部材と、を有し、前記第２表示素子支持部材は、第２凸部および第２凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部および前記第２凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第２凸部は、前記第２凹部との間にクリアランスを有して前記第２凹部の内部に配置され、前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材とにおける相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整可能な調整構造を有する。

本発明の一つの態様の虚像表示装置において、前記連結部は、前記第１投射光学支持部材および前記第２投射光学支持部材とは別体に設けられ、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材とを連結する連結部材を有し、前記第１投射光学支持部材は、前記第２投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第１調整用凸部を有し、前記第２投射光学支持部材は、前記第１投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第２調整用凸部を有し、前記連結部材は、前記第１調整用凸部と前記第２調整用凸部とを収容する調整用凹部を有し、前記第１調整用凸部および前記第２調整用凸部と前記調整用凹部との間にクリアランスが設けられていてもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置において、前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と一体に設けられた第１連結部と、前記第２投射光学支持部材と一体に設けられた第２連結部と、を有し、前記第１連結部は、前記第２投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第１係合部を有し、前記第２連結部は、前記第１係合部と係合し、前記第１投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第２係合部を有し、前記第１係合部は、前記第２係合部との間にクリアランスを有して配置されていてもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置において、前記第１表示素子支持部材は、第１表示素子支持部材本体と、前記第１表示素子支持部材本体の側面から横方向に突出する前記第１凸部と、を有し、前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部と対向する前記第１凹部を有し、前記第２表示素子支持部材は、第２表示素子支持部材本体と、前記第２表示素子支持部材本体の側面から横方向に突出する前記第２凸部と、を有し、前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部と対向する前記第２凹部を有していてもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置において、前記第１凸部は、横方向に交差する第１対向面と、縦方向に交差する第２対向面と、奥行き方向に交差する第３対向面と、を有し、前記第１凹部は、前記第１対向面に対向する第４対向面と、前記第２対向面に対向する第５対向面と、前記第３対向面に対向する第６対向面と、を有し、前記第２凸部は、横方向に交差する第７対向面と、縦方向に交差する第８対向面と、奥行き方向に交差する第９対向面と、を有し、前記第２凹部は、前記第７対向面に対向する第１０対向面と、前記第８対向面に対向する第１１対向面と、前記第９対向面に対向する第１２対向面と、を有していてもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置において、前記第１投射光学系は、前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を集束させる第１投射レンズと、前記第１投射レンズから射出される前記第１画像光を入射面において屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させる第１プリズムと、前記第１プリズムから射出される前記第１画像光を瞳位置に向けて反射させて前記射出瞳を形成する第１シースルーミラーと、を有し、前記第１投射レンズ、前記第１プリズム、および前記第１シースルーミラーは、接着層を介して互いに接合され、前記第２投射光学系は、前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を集束させる第２投射レンズと、前記第２投射レンズから射出される前記第２画像光を入射面において屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させる第２プリズムと、前記第２プリズムから射出される前記第２画像光を瞳位置に向けて反射させて前記射出瞳を形成する第２シースルーミラーと、を有し、前記第２投射レンズ、前記第２プリズム、および前記第２シースルーミラーは、接着層を介して互いに接合されていてもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置において、前記第１表示素子に表示される画像は、前記第１投射レンズ、前記第１プリズム、および前記第１シースルーミラーによって形成される歪みを相殺する歪みを有し、前記第２表示素子に表示される画像は、前記第２投射レンズ、前記第２プリズム、および前記第２シースルーミラーによって形成される歪みを相殺する歪みを有していてもよい。

本発明の一つの態様の虚像表示装置の製造方法は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の虚像表示装置の製造方法は、右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュールと、左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュールと、前記第１表示モジュールと前記第２表示モジュールとを連結する連結部と、を備え、前記第１表示モジュールは、右眼用の第１画像光を射出する第１表示素子と、前記第１表示素子を支持する第１表示素子支持部材と、前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を投射して第１射出瞳を形成する第１投射光学系と、前記第１投射光学系を支持する第１投射光学支持部材と、を有し、前記第１表示素子支持部材は、第１凸部および第１凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部および前記第１凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第１凸部は、前記第１凹部との間にクリアランスを有して前記第１凹部の内部に配置され、前記第２表示モジュールは、左眼用の第２画像光を射出する第２表示素子と、前記第２表示素子を支持する第２表示素子支持部材と、前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を投射して第２射出瞳を形成する第２投射光学系と、前記第２投射光学系を支持する第２投射光学支持部材と、を有し、前記第２表示素子支持部材は、第２凸部および第２凹部のうちのいずれか一方を有し、前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部および前記第２凹部のうちのいずれか他方を有し、前記第２凸部は、前記第２凹部との間にクリアランスを有して前記第２凹部の内部に配置され、前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的な位置関係を調整する調整構造を有する虚像表示装置の製造方法であって、前記第１凸部と前記第１凹部とを嵌合させた状態で、前記第１表示素子支持部材と前記第１投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、横方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第１調整工程と、前記第２凸部と前記第２凹部とを嵌合させた状態で、前記第２表示素子支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、横方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第２調整工程と、前記連結部の前記調整構造を用いて、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第３調整工程と、を備える。

１１Ａ…第１表示素子、１１Ｂ…第２表示素子、１２Ａ…第１投射光学系、１２Ｂ…第２投射光学系、２１…投射レンズ（第１投射レンズ、第２投射レンズ）、２２…プリズム（第１プリズム、第２プリズム）、２３…シースルーミラー（第１シースルーミラー、第２シースルーミラー）、６１Ａ…第１表示素子支持部材、６１Ｂ…第２表示素子支持部材、６２Ａ，７２Ａ…第１投射光学支持部材、６２Ｂ，７２Ｂ…第２投射光学支持部材、６５，７５…連結部、６６…連結部材、１００，２００…虚像表示装置、１０１Ａ，２０１Ａ…第１表示モジュール、１０１Ｂ，２０１Ｂ…第２表示モジュール、６１１…凸部（第１凸部、第２凸部）、６１１ａ…第１面（第１対向面、第７対向面）、６１１ｂ…第２面（第２対向面、第８対向面）、６１１ｄ…第４面（第３対向面、第９対向面）、６２１…凹部（第１凹部、第２凹部）、６２１ａ…第６面（第４対向面、第１０対向面）、６２１ｂ…第７面（第５対向面、第１１対向面）、６２１ｃ…第８面（第６対向面、第１２対向面）、６２２Ａ…第１調整用凸部、６２２Ｂ…第２調整用凸部、６６３…調整用凹部、７２１ｃ…第１凹凸部、７２１ｄ…第２凹凸部、７２１Ａ…第１連結部、７２１Ｂ…第２連結部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…クリアランス。

Claims (8)

1. 右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュールと、
   左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュールと、
   前記第１表示モジュールと前記第２表示モジュールとを連結する連結部と、
   を備え、
   前記第１表示モジュールは、
   右眼用画像を形成する第１画像光を射出する第１表示素子と、
   前記第１表示素子を支持する第１表示素子支持部材と、
   前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を投射して第１射出瞳を形成する第１投射光学系と、
   前記第１投射光学系を支持する第１投射光学支持部材と、
   を有し、
   前記第１表示素子支持部材は、第１凸部および第１凹部のうちのいずれか一方を有し、
   前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部および前記第１凹部のうちのいずれか他方を有し、
   前記第１凸部は、前記第１凹部との間にクリアランスを有して前記第１凹部の内部に配置され、
   前記第２表示モジュールは、
   左眼用画像を形成する第２画像光を射出する第２表示素子と、
   前記第２表示素子を支持する第２表示素子支持部材と、
   前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を投射して第２射出瞳を形成する第２投射光学系と、
   前記第２投射光学系を支持する第２投射光学支持部材と、
   を有し、
   前記第２表示素子支持部材は、第２凸部および第２凹部のうちのいずれか一方を有し、
   前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部および前記第２凹部のうちのいずれか他方を有し、
   前記第２凸部は、前記第２凹部との間にクリアランスを有して前記第２凹部の内部に配置され、
   前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材とにおける相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整可能な調整構造を有する、虚像表示装置。
2. 前記連結部は、前記第１投射光学支持部材および前記第２投射光学支持部材とは別体に設けられ、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材とを連結する連結部材を有し、
   前記第１投射光学支持部材は、前記第２投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第１調整用凸部を有し、
   前記第２投射光学支持部材は、前記第１投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第２調整用凸部を有し、
   前記連結部材は、前記第１調整用凸部と前記第２調整用凸部とを収容する調整用凹部を有し、
   前記第１調整用凸部および前記第２調整用凸部と前記調整用凹部との間にクリアランスが設けられた、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と一体に設けられた第１連結部と、前記第２投射光学支持部材と一体に設けられた第２連結部と、を有し、
   前記第１連結部は、前記第２投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第１係合部を有し、
   前記第２連結部は、前記第１係合部と係合し、前記第１投射光学支持部材に対する相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整するための第２係合部を有し、
   前記第１係合部は、前記第２係合部との間にクリアランスを有して配置される、請求項１に記載の虚像表示装置。
4. 前記第１表示素子支持部材は、第１表示素子支持部材本体と、前記第１表示素子支持部材本体の側面から横方向に突出する前記第１凸部と、を有し、
   前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部と対向する前記第１凹部を有し、
   前記第２表示素子支持部材は、第２表示素子支持部材本体と、前記第２表示素子支持部材本体の側面から横方向に突出する前記第２凸部と、を有し、
   前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部と対向する前記第２凹部を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記第１凸部は、横方向に交差する第１対向面と、縦方向に交差する第２対向面と、奥行き方向に交差する第３対向面と、を有し、
   前記第１凹部は、前記第１対向面に対向する第４対向面と、前記第２対向面に対向する第５対向面と、前記第３対向面に対向する第６対向面と、を有し、
   前記第２凸部は、横方向に交差する第７対向面と、縦方向に交差する第８対向面と、奥行き方向に交差する第９対向面と、を有し、
   前記第２凹部は、前記第７対向面に対向する第１０対向面と、前記第８対向面に対向する第１１対向面と、前記第９対向面に対向する第１２対向面と、を有する、請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 前記第１投射光学系は、
   前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を集束させる第１投射レンズと、
   前記第１投射レンズから射出される前記第１画像光を入射面において屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させる第１プリズムと、
   前記第１プリズムから射出される前記第１画像光を瞳位置に向けて反射させて前記射出瞳を形成する第１シースルーミラーと、を有し、
   前記第１投射レンズ、前記第１プリズム、および前記第１シースルーミラーは、接着層を介して互いに接合され、
   前記第２投射光学系は、
   前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を集束させる第２投射レンズと、
   前記第２投射レンズから射出される前記第２画像光を入射面において屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させる第２プリズムと、
   前記第２プリズムから射出される前記第２画像光を瞳位置に向けて反射させて前記射出瞳を形成する第２シースルーミラーと、を有し、
   前記第２投射レンズ、前記第２プリズム、および前記第２シースルーミラーは、接着層を介して互いに接合されている、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記第１表示素子に表示される画像は、前記第１投射レンズ、前記第１プリズム、および前記第１シースルーミラーによって形成される歪みを相殺する歪みを有し、
   前記第２表示素子に表示される画像は、前記第２投射レンズ、前記第２プリズム、および前記第２シースルーミラーによって形成される歪みを相殺する歪みを有する、請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 右眼に対して第１虚像を形成する第１表示モジュールと、
   左眼に対して第２虚像を形成する第２表示モジュールと、
   前記第１表示モジュールと前記第２表示モジュールとを連結する連結部と、
   を備え、
   前記第１表示モジュールは、右眼用の第１画像光を射出する第１表示素子と、前記第１表示素子を支持する第１表示素子支持部材と、前記第１表示素子から射出される前記第１画像光を投射して第１射出瞳を形成する第１投射光学系と、前記第１投射光学系を支持する第１投射光学支持部材と、を有し、
   前記第１表示素子支持部材は、第１凸部および第１凹部のうちのいずれか一方を有し、
   前記第１投射光学支持部材は、前記第１凸部および前記第１凹部のうちのいずれか他方を有し、
   前記第１凸部は、前記第１凹部との間にクリアランスを有して前記第１凹部の内部に配置され、
   前記第２表示モジュールは、左眼用の第２画像光を射出する第２表示素子と、前記第２表示素子を支持する第２表示素子支持部材と、前記第２表示素子から射出される前記第２画像光を投射して第２射出瞳を形成する第２投射光学系と、前記第２投射光学系を支持する第２投射光学支持部材と、を有し、
   前記第２表示素子支持部材は、第２凸部および第２凹部のうちのいずれか一方を有し、
   前記第２投射光学支持部材は、前記第２凸部および前記第２凹部のうちのいずれか他方を有し、
   前記第２凸部は、前記第２凹部との間にクリアランスを有して前記第２凹部の内部に配置され、
   前記連結部は、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的な位置関係を調整する調整構造を有する虚像表示装置の製造方法であって、
   前記第１凸部と前記第１凹部とを嵌合させた状態で、前記第１表示素子支持部材と前記第１投射光学支持部材との相対的回転位置、横方向における相対的位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第１調整工程と、
   前記第２凸部と前記第２凹部とを嵌合させた状態で、前記第２表示素子支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的回転位置、横方向における相対的位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第２調整工程と、
   前記連結部の前記調整構造を用いて、前記第１投射光学支持部材と前記第２投射光学支持部材との相対的回転位置、縦方向における相対的位置、および奥行き方向における相対的位置のうちの少なくとも一つを調整する第３調整工程と、
   を備える、虚像表示装置の製造方法。

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