JP2022115243A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示装置の光学系を収納する外装部材の小型化及び軽量化を図りつつ確実な封止を達成すること。
【解決手段】画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて射出する光学系１２ａ，１２ｂと、光学系１２ａ，１２ｂを支持するフレーム６１ａ，６１ｂとを有する表示部１００ａ，１００ｂと、表示部１００ａ，１００ｂの光学系１２ａ，１２ｂを内空間ＩＳに収納するとともに、フレーム６１ａ，６１ｂを部分的に露出させる外装部材１０７と、外装部材１０７の内空間ＩＳを封止するシート状で可撓性を有する封止部材７５とを備え、封止部材７５は、外装部材１０７との間で封止を行う外側の第１封止部７５ｆと、フレーム６１ａ，６１ｂとの間で封止を行う内側の第２封止部７５ｓとを有する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、虚像の観察を可能にする画像表示装置に関し、特に外装部材中に光学系を部分的に収納した画像表示装置に関する。

画像表示装置として、画像光を縦方向に導光する光学系を収容する筐体を外部カバーで覆い、外部カバーを頭部装着用のフレームに取り付ける構造としたヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する。）が公知となっている（特許文献１）。このＨＭＤでは、光学部品を収納し半身に分離する筐体の分離面や画像表示部材の基端部に一周に亘るシール部材を配置し挟み込むことによって、筐体の分離面等を防水している。

特開２０１７－２１２４７５号公報

上記特許文献１のＨＭＤでは、光学系を収容する筐体を防水し、この筐体を外部カバーを介してフレームに取り付けているので、光学系を収納する筐体に比べて装置全体が大きくなり重量が重くなるという課題がある。

本発明の一側面における画像表示装置は、画像光を瞳位置に向けて射出する光学系と、光学系を支持するフレームとを有する表示部と、表示部の光学系を内空間に収納するとともに、フレームを部分的に露出させる外装部材と、外装部材の内空間を封止するシート状で可撓性を有する封止部材とを備え、封止部材は、外装部材との間で封止を行う外側の第１封止部と、フレームとの間で封止を行う内側の第２封止部とを有する。

第１実施形態の画像表示装置の装着状態を説明する外観斜視図である。 画像表示装置の平面図、正面図、側面図、及び底面図である。 画像表示装置から外装部材を外した内部を示す正面図、側面図、斜視図等である。 画像表示装置から外装部材を外した残りの部分の分解斜視図である。 左右の表示部を組み合わせた光学ユニットの平面図及び底面図である。 第１フレームと固定部材との接続を説明する斜視図と、固定部材と第１カバー部材との配置関係を説明する斜視図と、第１フレームと固定部材と第１カバー部材との配置関係を説明する斜視図である。 上外装部材の底面図と下外装部材の平面図とを示す。 画像表示装置の内部の光学系を説明する概念的な側断面図である。 表示像の歪曲補正を説明する図である。 封止部材を説明する平面図である。 画像表示装置の封止構造を説明する概念的側面図である。

以下、図１～３等を参照して、本発明に係る画像表示装置の構造、動作、製造方法等について説明する。

図１は、画像表示装置２００の装着状態を説明する図である。画像表示装置２００は、ヘッドマウントディスプレイすなわちＨＭＤ２０１であり、これを装着する観察者又は装着者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。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、画像表示装置２００又はＨＭＤ２０１を装着した観察者又は装着者ＵＳの両眼ＥＹの並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、装着者ＵＳにとっての両眼ＥＹの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、装着者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Ｙ方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。

画像表示装置２００は、装着者ＵＳの眼前を覆うように配置される本体２００ａと、本体２００ａを支持するテンプル状の一対の支持装置２００ｂとを備える。本体２００ａは、機能的に見た場合、右眼用の第１表示装置１００Ａと、左眼用の第２表示装置１００Ｂとを含む。第１表示装置１００Ａは、上部に配置される表示駆動部１０２と、メガネレンズ状で眼前を覆うコンバイナー１０３ａとで構成される。第２表示装置１００Ｂも同様に、上部に配置される表示駆動部１０２と、メガネレンズ状で眼前を覆うコンバイナー１０３ｂとで構成される。

図２を参照して、画像表示装置２００のうち本体２００ａの外観について説明する。図２中で、領域ＡＲ１は、本体２００ａの平面図であり、領域ＡＲ２は、本体２００ａの正面図であり、領域ＡＲ３は、本体２００ａの右側面図であり、領域ＡＲ４は、本体２００ａの底面図である。本体２００ａのうち、＋Ｙ側すなわち上側に配置される一対の表示駆動部１０２は、連結されて一体化されており、横方向に細長くしたドーム状の上外装部材１０７ａと、平坦な板状の下外装部材１０７ｂとによって覆われている。上外装部材１０７ａと下外装部材１０７ｂとを組み合わせたものを外装部材１０７と呼ぶ。第１コンバイナー１０３ａ及び第２コンバイナー１０３ｂは、前方すなわち＋Ｚ方向に突起した半球の上部をカットしたような形状を有し、下外装部材１０７ｂから下方に突き出すように配置されている。

図３を参照して、図２に示す本体２００ａから上外装部材１０７ａ及び下外装部材１０７ｂを取り外した内部構造の概要について説明する。図３中で、領域ＢＲ１は、本体２００ａの上部を露出させた正面図であり、領域ＢＲ２は、本体２００ａの上部を露出させた右側面図であり、領域ＢＲ３は、本体２００ａの上部を露出させた斜視図であり、領域ＢＲ４は、本体２００ａの内部光学系を露出させた斜視図である。右眼用の第１表示装置１００Ａは、第１表示部１００ａとして、第１表示素子１１ａと第１光学系１２ａと第１コンバイナー１０３ａとを備える。後述する第１フレーム６１ａも第１表示部１００ａの要素である。第１光学系１２ａは、内カバーである第１カバー部材７１ａに覆われ、第１表示素子１１ａは、第１カバー部材７１ａの開口７１ｏを塞ぐように配置され、矩形枠状の第１ホルダー７２ａを介して第１光学系１２ａの外枠に固定されている。

図４に示すように、第１光学系１２ａは、板状の第１フレーム６１ａの上面に接着等によって固定され、第１コンバイナー１０３ａは、その上端で第１フレーム６１ａの周囲のうち前半分に接着等によって固定されている。

図３に戻って、第２表示装置１００Ｂは、第２表示部１００ｂとして、第２表示素子１１ｂと第２光学系１２ｂと第２コンバイナー１０３ｂとを備える。後述する第２フレーム６１ｂも第２表示部１００ｂの要素である。第２光学系１２ｂは、内カバーである第２カバー部材７１ｂに覆われ、第２表示素子１１ｂは、第２カバー部材７１ｂの開口７１ｏを塞ぐように配置され、矩形枠状の第２ホルダー７２ｂを介して第２光学系１２ｂの外枠に固定されている。左眼用の第２表示装置１００Ｂは、右眼用の第１表示装置１００Ａと同一の構造及び機能を有する。つまり、第２表示素子１１ｂは、第１表示素子１１ａと同様のものであり、第２光学系１２ｂは、第１光学系１２ａと同様のものであり、第２コンバイナー１０３ｂは、第１コンバイナー１０３ａと同様のものである。ただし、第１光学系１２ａ、第１コンバイナー１０３ａ等に左右のＸ方向に関して非対称性を持たせた場合、第２光学系１２ｂ、第２コンバイナー１０３ｂ等は、第１光学系１２ａ、第１コンバイナー１０３ａ等を左右反転させたものとなる。

図４に示すように、第２光学系１２ｂは、板状の第２フレーム６１ｂの上面に接着等によって固定され、第２コンバイナー１０３ｂは、その上端で第２フレーム６１ｂの周囲のうち前半分に接着等によって固定されている。

図３に戻って、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、内部において固定部材７８を介して連結されている。固定部材７８は、棒状の金属部材であり、例えばマグネシウム合金で形成される。固定部材７８をマグネシウム合金で形成することにより、第１フレーム６１ａや第２フレーム６１ｂを放熱によって冷却する効果を持たせることができる。固定部材７８は、両端において、第１表示部１００ａと第２表示部１００ｂとを相対的に固定している。固定部材７８は、天秤の腕に相当する部材であり、一対の皿に相当する一対の表示部１００ａ，１００ｂを中央で支持している。固定部材７８は、第１表示部１００ａと第２表示部１００ｂとを固定する前の位置合わせに際して、第１光学系１２ａ及び第２光学系１２ｂを２軸以上の回転方向に回転可能にする形状を有する。

図４～６を参照して、固定部材７８による第１表示部１００ａ及び第２表示部１００ｂの支持について説明する。図５中で、領域ＣＲ１は、左右の表示部１００ａ，１００ｂを連結した光学ユニットＯＵの平面図であり、領域ＣＲ２は、光学ユニットＯＵの底面図である。図６中で、領域ＤＲ１は、第１フレーム６１ａと固定部材７８との接続を説明する斜視図であり、領域ＤＲ２は、固定部材７８と第１カバー部材７１ａとの配置関係を説明する斜視図であり、領域ＤＲ３は、第１フレーム６１ａと固定部材７８と第１カバー部材７１ａとの配置関係を説明する斜視図である。固定部材７８の両端には、球状の部材である固定部８１ａ，８２ａが形成されている。これらの固定部８１ａ，８２ａは、第１表示部１００ａと第２表示部１００ｂとを位置合わせした後において、接着材等によって表示部１００ａ，１００ｂ又はフレーム６１ａ，６１ｂの内側の端部に設けられた半球状の窪み部材である凹部８１ｂ，８２ｂに接着され、回転が停止された状態とされる。固定部８１ａと凹部８１ｂとを組み合わせた連結部材８１は、ボールジョイント型の軸受構造を有し、第１カバー部材７１ａの拡張部７１ｃに覆われている。固定部８２ａと凹部８２ｂとを組み合わせた軸受状の連結部材８２も、ボールジョイント型の軸受構造を有し、第２カバー部材７１ｂの拡張部７１ｃに覆われている。一方の連結部材８１は、固定部８１ａと第１表示部１００ａすなわち第１フレーム６１ａとの間に設けられて３軸の回転自由度を有する。他方の連結部材８２は、固定部８２ａと第２表示部１００ｂすなわち第２フレーム６１ｂとの間に設けられて３軸の回転自由度を有する。このような連結部材８１，８２を用いることにより、第１表示部１００ａと第２表示部１００ｂとの相対的な位置決めの自由度を高めることができる。

第１フレーム６１ａは、半円板状の金属部材であり、例えばマグネシウム合金で形成される。第１フレーム６１ａをマグネシウム合金で形成することにより、表示素子１１ａ等が発生する熱の放熱効率を高めることができる。第１フレーム６１ａの左右両端には、凹部８１ｂが形成されているが、一方の凹部８１ｂのみが固定部材７８との接続に利用される。第１フレーム６１ａには、光学開口ＯＡが形成され、光学開口ＯＡを封止する板状光学素子２８が配置されている。板状光学素子２８は、第１光学系１２ａの一部である。第２フレーム６１ｂは、半円状の金属部材であり、例えばマグネシウム合金で形成される。第２フレーム６１ｂをマグネシウム合金で形成することにより、表示素子１１ｂ等が発生する熱の放熱効率を高めることができる。第２フレーム６１ｂの左右両端には、凹部８２ｂが形成されているが、一方の凹部８２ｂのみが固定部材７８との接続に利用される。第２フレーム６１ｂにも、光学開口ＯＡが形成され、光学開口ＯＡを封止する板状光学素子２８が配置されている。

図７を参照して、上外装部材１０７ａ及び下外装部材１０７ｂについて説明する。図７中で、領域ＥＲ１は、上外装部材１０７ａの内側を示す底面図であり、領域ＥＲ２は、下外装部材１０７ｂの内側を示す平面図である。上外装部材１０７ａと下外装部材１０７ｂとは、樹脂製の材料で形成されている。上外装部材１０７ａの外縁７ａと、下外装部材１０７ｂの外縁７ｂとは同じ形状を有し、これらを突き合わせることで、図３に示す第１光学系１２ａ及び第２光学系１２ｂを収納する空間を形成することができる。上外装部材１０７ａと下外装部材１０７ｂとは、ネジ穴等である締結部７ｆ，７ｇを利用して固定される。下外装部材１０７ｂは一対の開口ＯＰ１を有し、開口ＯＰ１内に点線で示すように第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂを配置することができる。開口ＯＰ１と、フレーム６１ａ，６１ｂとの間には隙間ＧＰが設けられており、開口ＯＰ１内でフレーム６１ａ，６１ｂがＸＺ面内やＹ方向に関して位置ずれすることを許容する。つまり、図３等に示す第１表示部１００ａ及び第２表示部１００ｂは、相互に位置合わせされた状態のままで下外装部材１０７ｂに固定され、上外装部材１０７ａ及び下外装部材１０７ｂ内に収納された状態でも、両表示部１００ａ，１００ｂ間で位置決め完了時の配置関係が維持される。下外装部材１０７ｂには、ネジ止め孔７ｊが形成され、固定部材７８のブリッジ７８ａに設けられた一対の締結部７８ｚに対してネジ止めによって固定することができる。

図３及び４を参照して、第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂの上方には封止部材７５が配置されている。封止部材７５は、ゴム状の弾性シート又は防水シートであり、可撓性を有する。封止部材７５は、第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂと、図２に示す上外装部材１０７ａ及び下外装部材１０７ｂとの間に介在して、外装部材１０７の内空間ＩＳを液密又は気密に保つ役割を有する。ここで、封止部材７５による封止は、完全な気密に限らず、防滴又は防塵といったレベルものも含む。

図３を参照して、固定部材７８の上方であって左右の表示部１００ａ，１００ｂの間には、矩形板状の回路基板９１が配置されている。回路基板９１は、第１表示素子１１ａ及び第２表示素子１１ｂの表示動作を制御する制御装置９２を含む。制御装置９２は、左右の表示素子１１ａ，１１ｂに対して表示画像に対応する駆動信号を出力し左右の表示素子１１ａ，１１ｂの表示動作を制御する。制御装置９２は、例えばＩＦ回路、信号処理回路等を備え、外部から受け取った画像データ又は画像信号に応じて、左右の表示素子１１ａ，１１ｂに２次元的な画像表示を行わせる。制御装置９２は、図示を省略するが、第１表示装置１００Ａの動作と第２表示装置１００Ｂの動作とを統括するメイン基板を含む。メイン基板は、例えば不図示の外部装置との間で通信し当該外部装置から受信した信号に対して信号変換を行うインターフェース機能や、第１表示装置１００Ａの表示動作と第２表示装置１００Ｂの表示動作とを連携させる統合機能を有するものとすることができる。なお、回路基板９１から延びる通信線を外部に引き出すため、上外装部材１０７ａの適所に導通口（不図示）が生成され、挿通口の周囲も液密に封止されている。

回路基板９１は、基板支持部７４によって固定部材７８上に支持されている。基板支持部７４上には、回路基板９１が固定されている。基板支持部７４は、固定部材７８を上方、前方、及び後方から覆う樹脂製の部材であり、嵌合部５１を用いたスナップ嵌めによって、回路基板９１とともに固定部材７８に対して着脱可能になっている。

図８は、第１表示部１００ａの光学的構造を説明する側方断面図である。第１表示部１００ａは、第１表示素子１１ａと結像光学系２０とを備える。結像光学系２０は、導光光学装置とも呼ぶ。結像光学系２０は、投射レンズ２１と、プリズムミラー２２と、板状光学素子２８と、シースルーミラー２３とを備える。結像光学系２０のうち、投射レンズ２１とプリズムミラー２２と板状光学素子２８とは、図３等に示す第１光学系１２ａに対応し、シースルーミラー２３は、第１コンバイナー１０３ａに対応する。第１光学系１２ａは、第１コンバイナー１０３ａと協働することで画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて射出する。第１表示素子１１ａ、投射レンズ２１、及びプリズムミラー２２は、不図示の枠体によって相互にアライメントされた状態で第１フレーム６１ａに固定され、第１カバー部材７１ａと第１フレーム６１ａとに挟まれた空間ＳＰ１内に収納されている。板状光学素子２８は、第１フレーム６１ａの光学開口ＯＡに形成された段差に嵌め込むように配置され、光学開口ＯＡの周囲が気密な状態に保たれている。

第１表示素子１１ａは、自発光型の表示デバイスである。第１表示素子１１ａは、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）ディスプレイであり、２次元の表示面１１ｄにカラーの静止画又は動画を形成する。第１表示素子１１ａは、ＸＹ面を基準としてＸ軸のまわりに回転して傾いたｘｙ面に沿って配置されている。第１表示素子１１ａは、回路基板９１に設けられた制御装置９２に駆動されて表示動作を行う。第１表示素子１１ａは、有機ＥＬディスプレイに限らず、マイクロＬＥＤディスプレイ、又は無機ＥＬ、有機ＬＥＤ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等を用いた表示デバイスに置き換えることができる。第１表示素子１１ａは、自発光型の画像光生成装置に限らず、ＬＣＤ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のような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。第１表示素子１１ａとして、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣｏＳは登録商標）や、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。

投射レンズ２１は、第１表示素子１１ａから射出された画像光ＭＬを通過させ、プリズムミラー２２に入射させる。投射レンズ２１は、第１レンズ２１ｐ及び第２レンズ２１ｑを含み、第１表示素子１１ａ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。プリズムミラー２２は、内反射面２２ｂを有し、投射レンズ２１から射出された画像光ＭＬを入射面２２ａから内部に入射させ、内反射面２２ｂで全反射させ、射出面２２ｃから外部に射出させる。この際、プリズムミラー２２は、前方から入射する画像光ＭＬを、入射方向を反転させた方向（プリズムミラー２２から見た光源の方向）に対して傾斜した方向に折り返すように射出する。板状光学素子２８は、プリズムミラー２２からの画像光ＭＬを屈折させつつ通過させ、シースルーミラー２３に入射させる。

シースルーミラー２３は、凹の表面ミラーとして機能する湾曲した板状の光学部材であり、プリズムミラー２２から板状光学素子２８を介して入射した画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて反射する。瞳位置ＰＰは、表示面１１ｄ上の各点からの画像光ＭＬが所定の発散状態又は平行状態で表示面１１ｄ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位置となっている。シースルーミラー２３は、眼ＥＹ又は瞳孔が配置される瞳位置ＰＰを覆うとともに瞳位置ＰＰに向かって凹形状を有し、外界に向かって凸形状を有する。シースルーミラー２３は、板状体２３ｂの表面又は裏面上にミラー膜２３ｃを形成した構造を有するミラー板である。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、透過性を有する。瞳位置ＰＰには、シースルーミラー２３やその周囲の支持板４１を通過した外界光ＯＬも入射する。つまり、画像表示装置２００を装着した装着者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。

以上において、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、板状光学素子２８、及びシースルーミラー２３を構成する光学面は、自由曲面を含み、少なくも一部の光学面を非球面や球面に置き換えることもできる。

結像光学系２０は、シースルーミラー２３が凹面鏡であること等に起因して、軸外し光学系ＯＳとなっている。本実施形態の場合、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、板状光学素子２８、及びシースルーミラー２３は、非軸対称に配置され、非軸対称な光学面を有する。この結像光学系２０つまり軸外し光学系ＯＳでは、紙面に対応する軸外し面（ＹＺ面に平行な面）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。この結像光学系２０では、ＹＺ面に平行な軸外し面内で光軸ＡＸの折り曲げを行うことで、かかる軸外し面に沿って光学要素２１，２２，２３が配列されている。結像光学系２０は、縦方向に延びる基準面である軸外し面（ＹＺ面に平行な面）に沿って配置され反射面の前後で互いに傾斜する光軸部分ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３を含む。全体としての光軸ＡＸは、表示素子１１ａ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又は瞳の中心を通る。光軸ＡＸは、ＹＺ面に平行な横断面で見た場合、複数の光軸部分ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３によって、Ｚ字状の配置となっている。つまり、ＹＺ面に平行な軸外し面において、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段階で折り返される配置となっている。

図９に示すように、第１表示素子１１ａの表示面１１ｄに形成する表示像を予め台形歪のような歪を持たせた修正画像ＤＡ１とする。つまり、結像光学系２０が軸外し光学系ＯＳであることから、光学系自体で台形歪のようなディストーションを取りきることは容易でない。よって、第１表示素子１１ａに表示される画像を、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、板状光学素子２８、及びシースルーミラー２３によって形成される歪を相殺する逆の歪を有するものとすることで、結像光学系２０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、元の表示像ＤＡ０に対応する格子パターンとすることができ輪郭を矩形とすることができる。つまり、第１表示素子１１ａは、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、板状光学素子２８、及びシースルーミラー２３によって形成されるディストーションを補正する。結果的に、シースルーミラー２３等で発生するディストーションを許容しつつ第１表示素子１１ａを含めた全体として収差を抑えることができる。これにより、プリズムミラー２２等の光学要素の配置やサイズの自由度が高まり、第１表示部１００ａの小型化を達成しつつ、第１表示部１００ａの光学性能の確保を容易にすることができる。

以上では、第１表示部１００ａについて説明したが、第２表示部１００ｂは、第１表示部１００ａと同様の構造を有するので、具体的な構造の説明を省略する。

以下、図１０を参照して、封止部材７５について説明する。封止部材７５は、平面視の外装部材１０７と同様の輪郭形状を有し、横のＸ方向に細長く延びる。封止部材７５は、「ＰＯＲＯＮ（登録商標）」のような独立発泡材料で形成され一様な厚みを有する防水シートであり、クッション性を有し、弾性変形可能になっている。封止部材７５の厚みは、例えば０．５ｍｍ程度に設定されているが、これに限るものではない。封止部材７５を弾性変形可能にすることにより、外装部材１０７に対する第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂの位置調整の許容度を高めることができる。封止部材７５には、一対の開口ＯＰ２１，ＯＰ２２が形成されている。封止部材７５の外周部７５ｏは、図面において微細なドットパターンで示すように、外側の第１封止部７５ｆとして機能し、外装部材１０７の外縁７ａ，７ｂ間に挟まれて外装部材１０７に密着して固定される。封止部材７５の外周部７５ｏと開口ＯＰ２１，ＯＰ２２との間、つまり、第１封止部７５ｆの内側には、図面において微細なドットパターンで示すように、２つの第２封止部７５ｓが設けられている。２つの第２封止部７５ｓは、第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂの外周に対応し、両フレーム６１ａ，６１ｂの外周上面に接着される。

組み立て後において、封止部材７５の下面側つまり－Ｙ側に第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂが配置され、開口ＯＰ２１，ＯＰ２２の周囲は、第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂ上に支持される。この際、開口ＯＰ２１を介して第１光学系１２ａが第１フレーム６１ａの反対側つまり＋Ｙ側に突出し露出した状態とされる。また、開口ＯＰ２２を介して第２光学系１２ｂが第２フレーム６１ｂの反対側つまり＋Ｙ側に突出し露出した状態とされる。第１カバー部材７１ａは、封止部材７５の上面側つまり＋Ｙ側に配置されて第１光学系１２ａを覆い、第２カバー部材７１ｂは、封止部材７５の上面側つまり＋Ｙ側に配置されて第２光学系１２ｂを覆う。封止部材７５の周囲には、図７に示す上外装部材１０７ａに形成された締結部７ｆ等に対応する挿通孔８ｇが形成され、封止部材７５の中央には、図７に示す下外装部材１０７ｂのネジ止め孔７ｊに対応する挿通孔８ｊが形成されている。

図１１を参照して、画像表示装置２００における封止について説明する。封止部材７５の外側に形成された第１封止部７５ｆは、外装部材１０７との間で封止を行う。第１封止部７５ｆは、外装部材１０７を構成する上外装部材１０７ａと下外装部材１０７ｂとの間に挟まれて外装部材１０７に固定されている。上外装部材１０７ａの外縁７ａには、外向きの段差７ｐが形成され、下外装部材１０７ｂの外縁７ｂには、内向きの段差７ｑが形成され、これらの段差７ｐ，７ｑの嵌合によって上外装部材１０７ａと下外装部材１０７ｂとが位置決めされた状態で係合する。突き合わされた段差７ｐ，７ｑには、内側に隙間Ｇ１が形成され、この隙間Ｇ１に第１封止部７５ｆが弾性変形しつつ密着して挟み込まれる。図１０に示すように、第１封止部７５ｆは、上外装部材１０７ａ及び下外装部材１０７ｂの外周に沿って環状に設けられている。

封止部材７５において第１封止部７５ｆの内側に形成された第２封止部７５ｓは、第１フレーム６１ａとの間で封止を行う。第２封止部７５ｓは、第１フレーム６１ａの外周領域の上面６１ｍに対して接着層９３を介して接着され固定されている。つまり、接着層９３は、第１フレーム６１ａと封止部材７５の本体７５ｚとの間に設けられている。ここで、接着層９３は、第２封止部７５ｓの一部として機能しており、第２封止部７５ｓは、接着層９３を介して第１フレーム６１ａに密着した状態で固定される。第２封止部７５ｓや接着層９３は、第１フレーム６１ａの外周に沿って環状に設けられている（図１０参照）。なお、封止部材７５において、開口ＯＰ２１の縁に相当する内周部７５ｉ又はその近傍は、第１カバー部材７１ａの下端７１ｅに押圧される。

封止部材７５のうち、第１封止部７５ｆと第２封止部７５ｓとに挟まれて横方向に延びる中間領域７５ｔは、第１封止部７５ｆと第２封止部７５ｓとを連結して外装部材１０７の内空間ＩＳを封止している。中間領域７５ｔは、弾性変形するので、下外装部材１０７ｂ等に対して第１フレーム６１ａが微小に位置ずれすることが許容され、外装部材１０７を基準としない第１フレーム６１ａ又は第１表示部１００ａの位置決めを可能にする。なお、外装部材１０７は、比較的形状精度を要求されない手法によって作製されているが、外装部材１０７を高精度で作製した場合、固定部材７８を介在させることなく、第１表示部１００ａを外装部材１０７に直接固定することで位置決めを達成することもできる。

封止部材７５を用いることにより、外装部材１０７の開口ＯＰ１を覆う蓋のように第１フレーム６１ａを配置しつつ、両者の間に隙間ＧＰを確保し、かつ、外装部材１０７内の封止を達成することができる。

以上では、画像表示装置２００のうち第１表示部１００ａの周辺の封止を説明したが、第２表示部１００ｂの周辺の封止も同様である。第２表示部１００ｂの封止のうち、外装部材１０７に対する部分は、第１表示部１００ａと共通し、封止部材７５の第１封止部７５ｆを利用したものとなっている。第２表示部１００ｂの封止のうち、第２フレーム６１ｂに対する部分は、封止部材７５の開口ＯＰ２２を囲むように設けられた第２封止部７５ｓを利用する。

封止部材７５の外形は、第１フレーム６１ａや第２フレーム６１ｂの板状の外形よりも大きく、第１封止部７５ｆは、２つの第２封止部７５ｓを一括して囲むように２つの第２封止部７５ｓの外側に配置される（図１０参照）。封止部材７５は、その中央において、第１フレーム６１ａや第２フレーム６１ｂに連結された固定部材７８の下側に配置されている（図３参照）。つまり、封止部材７５は、固定部材７８と第１表示部１００ａの第１フレーム６１ａとの間に挟まれ、固定部材７８と第２表示部１００ｂの第２フレーム６１ｂとの間に挟まれている。このように封止部材７５を配置することにより、固定部材７８の周辺を封止することができ、空間ＳＰ１内の液密性又は気密性を保つことができる。下外装部材１０７ｂを固定部材７８に固定する際に、挿通孔８ｊや固定部材７８の周辺が液密又は気密に保たれ封止される。上外装部材１０７ａを下外装部材１０７ｂに固定するための挿通孔８ｇも、締結部７ｆやその周辺の部材によって封止される。

詳細な図示を省略するが、外装部材１０７の内空間ＩＳは、第１カバー部材７１ａと第１フレーム６１ａとに挟まれた空間ＳＰ１と連通しており完全には分離されていない。第１カバー部材７１ａの下端を環状に形成し、封止部材７５を押圧するように第１フレーム６１ａの上面６１ｍに固定すれば、内空間ＩＳと空間ＳＰ１とを分離することもできる。

以下、画像表示装置２００の製造すなわち組み立てについて説明する。まず、第１フレーム６１ａに第１光学系１２ａと第１コンバイナー１０３ａとを固定し、第１光学系１２ａに対し第１ホルダー７２ａ等を用いて位置決めしつつ表示素子１１ａを固定する。これにより、第１表示部１００ａを含む右眼ユニットＲＵが得られる（図４参照）。これと並行して、第２フレーム６１ｂに第２光学系１２ｂと第２コンバイナー１０３ｂとを固定し、第２光学系１２ｂに対し第２ホルダー７２ｂ等を用いて位置決めしつつ表示素子１１ｂを固定する。これにより、第２表示部１００ｂを含む左眼ユニットＬＵが得られる（図４参照）。その後、右眼ユニットＲＵと左眼ユニットＬＵとを二系統測定装置にセットして、封止部材７５を第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂ上に固定する。この際、封止部材７５の第２封止部７５ｓが接着層９３を介して両フレーム６１ａ，６１ｂに接着される。これにより、封止部材７５の内側のＯＰ２１，ＯＰ２２が第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂによって封止される。さらに、固定部材７８の第１固定部８１ａを第１フレーム６１ａの第１凹部８１ｂに嵌め込むとともに、固定部材７８の第２固定部８２ａを第２フレーム６１ｂの第２凹部８２ｂに嵌め込む。その後、二系統測定装置のステージを利用して、右眼ユニットＲＵ及び左眼ユニットＬＵの相互の角度や配置を精密に調整する。この際、右眼ユニットＲＵと左眼ユニットＬＵとは、固定部材７８によって連結された状態で、Ｘ軸の周りのＲ１方向、Ｙ軸の周りのＲ２方向、及びＺ軸の周りのＲ３方向に独立して回転させることができる（図４等参照）。なお、封止部材７５が弾性変形して両フレーム６１ａ，６１ｂの相対変位が許容される。位置調整の完了後は、第１固定部８１ａと第１凹部８１ｂとの間に予め供給していた接着剤を硬化させ、第２固定部８２ａと第２凹部８２ｂとの間に予め供給していた接着剤を硬化させる。これにより、右眼ユニットＲＵと左眼ユニットＬＵとの位置合わせが完了する。その後、第１フレーム６１ａの上方から第１光学系１２ａを覆うように第１カバー部材７１ａを被せ、これに設けた拡張部７１ｃをこれに形成されたネジ孔及び第１固定部８１ａを介して第１フレーム６１ａの第１凹部８１ｂ側にネジ止めする。これにより、第１フレーム６１ａに対する第１カバー部材７１ａの固定が完了する。第２カバー部材７１ｂを第２フレーム６１ｂに固定する方法は、第１カバー部材７１ａを第１フレーム６１ａに固定する方法と同様であり、説明を省略する。次に、基板支持部７４を利用して固定部材７８に回路基板９１を取り付け、表示素子１１ａ，１１ｂから延びるＦＰＣを回路基板９１に接続する。最後に、固定部材７８に設けた一対の締結部７８ｚを用いて固定部材７８に下外装部材１０７ｂを固定し、下外装部材１０７ｂに対して上外装部材１０７ａを固定する。この際、第１フレーム６１ａや第２フレーム６１ｂは、下外装部材１０７ｂに対して微小な変位が許容されており、固定部材７８に対する第１表示部１００ａや第１表示部１００ｂの位置決めが維持される。さらに、封止部材７５の外周部７５ｏつまり第１封止部７５ｆを上外装部材１０７ａの外縁７ａと下外装部材１０７ｂの外縁７ｂとの間に挟むことで、これらの間で封止が達成される。つまり、外装部材１０７の内空間ＩＳが封止される。

上記実施形態の画像表示装置２００は、画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて射出する光学系１２ａ，１２ｂと、光学系１２ａ，１２ｂを支持するフレーム６１ａ，６１ｂとを有する表示部１００ａ，１００ｂと、表示部１００ａ，１００ｂの光学系１２ａ，１２ｂを内空間ＩＳに収納するとともに、フレーム６１ａ，６１ｂを部分的に露出させる外装部材１０７と、外装部材１０７の内空間ＩＳを封止するシート状で可撓性を有する封止部材７５とを備え、封止部材７５は、外装部材１０７との間で封止を行う外側の第１封止部７５ｆと、フレーム６１ａ，６１ｂとの間で封止を行う内側の第２封止部７５ｓとを有する。これにより、フレーム６１ａ，６１ｂによって外装部材１０７の内外を分離しつつ、光学系１２ａ，１２ｂを収納する内空間ＩＳの液密性又は気密性を保つことができ、外装部材１０７の小型化及び軽量化を図りつつ内空間ＩＳの確実な封止を達成することができる。この際、封止部材７５の可撓性によって、外装部材１０７に対するフレーム６１ａ，６１ｂすなわち表示部１００ａ，１００ｂの位置調整が可能になる。

〔変形例その他〕
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り、例えば次のような変形も可能である。

画像表示装置２００は、単眼用の表示装置とすることができる。すなわち、第２表示部１００ｂを省略して第１表示部１００ａのみからなる表示装置とすることができる。この場合、外装部材１０７は、第１表示部１００ａのみを収納する小型のものとなる。

封止部材７５の第１封止部７５ｆは、上外装部材１０７ａと下外装部材１０７ｂとの間に挟まれて固定されるものに限らず、外装部材１０７に接着によって固定することができる。また、第２封止部７５ｓは、第１フレーム６１ａに接着されるものに限らず、第１フレーム６１ａとこれに付随する部品（例えば第１カバー部材７１ａ）との間に挟んで固定することができる。封止部材７５は、一体品である必要はなく、例えばシート状の部材の内外に第１封止部７５ｆと第２封止部７５ｓとを接着することもできる。第１封止部７５ｆや第２封止部７５ｓは、環状に形成され切れ目のない封止を達成することが望ましいいが、防水又は防滴の仕様上で問題が生じない範囲で、一部に切れ目や不連続部分が形成されてもよい。

第１表示部１００ａに組み込む結像光学系２０は、図示のものに限らず、様々な構成とすることができる。具体的には、上記結像光学系２０は、Ｙ方向又は縦方向に非対称性を持たせた軸外し光学系ＯＳであるとしたが、Ｘ方向又は横方向に非対称性を持たせた軸外し光学系とすることもできる。結像光学系２０を構成する光学要素についても、図８に示すものは単なる例示であり、レンズの枚数を増減させる、ミラーを追記する、導光部材を追加するといった変更が可能である。

コンバイナー１０３ａ，１０３ｂの外界側には、コンバイナー１０３ａ，１０３ｂの透過光を制限することで調光を行う調光デバイスを取り付けることができる。調光デバイスは、例えば電動で透過率を調整する。調光デバイスとして、ミラー液晶、電子シェード等を用いることができる。調光デバイスは、外光照度に応じて透過率を調整するものであってもよい。

コンバイナー１０３ａ，１０３ｂは、遮光性を有するミラーに置き換えることもできる。この場合、外界像の直接観察を前提としない非シースルー形の光学系となる。

第１フレーム６１ａ、第２フレーム６１ｂ、及び固定部材７８は、金属材料で形成されたものに限らず、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成されたものであってもよい。

封止部材７５は、独立発泡材料から形成することができるが、これに限らず、弾性を有する様々な樹脂材料から形成することができる。

連結部材８１，８２の構造については、ボールジョイント状のものに限らず、回転自由度を２軸以上に高めた様々な機構に置き換えることができる。

以上では、画像表示装置１００が頭部に装着されて使用されることを前提としたが、上記画像表示装置１００は、頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイとしても用いることができる。つまり、本発明において、ヘッドマウントディスプレイには、ハンドヘルドディスプレイも含まれる。

具体的な態様における画像表示装置は、画像光を瞳位置に向けて射出する光学系と、光学系を支持するフレームとを有する表示部と、表示部の光学系を内空間に収納するとともに、フレームを部分的に露出させる外装部材と、外装部材の内空間を封止するシート状で可撓性を有する封止部材とを備え、封止部材は、外装部材との間で封止を行う外側の第１封止部と、フレームとの間で封止を行う内側の第２封止部とを有する。

上記画像表示装置では、封止部材が、第１封止部が外装部材との間で封止を行い、第２封止部がフレームとの間で封止を行うので、フレームによって外装部材の内外を分離しつつ、光学系を収納する内空間の液密性又は気密性を保つことができる。この際、封止部材の可撓性によって、外装部材に対するフレームすなわち表示部の位置調整が可能になる。

具体的な側面において、第１封止部は、外装部材を構成する上外装部材と下外装部材との間に挟まれて固定される。この場合、第１封止部の外装部材に対する固定が簡易で確実なものとなる。

具体的な側面において、第１封止部は、上外装部材及び下外装部材の外周に沿って環状に設けられる。この場合、封止部材は、第１封止部を環状の外周部として有する。

具体的な側面において、第２封止部は、フレームに接着層を介して固定される。この場合、フレームに第２封止部を固定する構造物を特に設ける必要がなく、フレームを簡素化し軽量化することが容易になる。

具体的な側面において、封止部材の外形は、フレームの外形よりも大きく、第１封止部は、第２封止部の外側に配置される。この場合、フレームの外形の外側に第１封止部が配置され、外装部材の開口を覆う蓋のようにフレームを組付けることが容易になる。

具体的な側面において、封止部材は、フレーム上に配置され、接着層は、フレームと封止部材の本体との間に設けられる。この場合、フレーム上面に環状に接着層を設けることになり、封止部材は、全体的に外装部材の内空間側に配置される。

具体的な側面において、封止部材は、フレームの外周の内側に配置される開口を有する。この場合、封止部材の開口に対応するフレーム領域上に光学系等を固定することができる。

具体的な側面において、第２封止部は、フレームの外周に沿って環状に設けられる。この場合、フレームの外周で封止が行われる。

具体的な側面において、封止部材は、弾性変形可能な防水シートである。この場合、外装部材に対するフレームすなわち表示部の位置調整の許容度を高めることができる。

具体的な側面において、表示部として、光学系とフレームとをそれぞれ有する第１表示部と第２表示部とを備え、封止部材は、内側の第２封止部において第１表示部のフレームと第２表示部のフレームとに密着する。この場合、第１表示部と第２表示部とによって、左右の眼に画像光を射出するタイプの画像表示装置とすることができる。

具体的な側面において、第１表示部と第２表示部とを相対的に固定する固定部材とを備え、封止部材は、固定部材と第１表示部のフレームとの間及び固定部材と第２表示部のフレームとの間に挟まれている。この場合、封止部材に対して第１表示部と第２表示部とを位置決めして固定することができ、固定部材の周辺を封止することができる。

具体的な側面において、固定部材と第１表示部との間、及び固定部材と第２表示部との間に、３軸の回転自由度を有する軸受状の連結部材がそれぞれ設けられている。この場合、第１表示部と第２表示部との相対的な位置決めの自由度を高めることができる。

７ａ，７ｂ…外縁、７ｆ，７ｇ…締結部、１１ａ，１１ｂ…表示素子、１２ａ…第１光学系、１２ｂ…第２光学系、２０…結像光学系、２１…投射レンズ、２２…プリズムミラー、２３…シースルーミラー、２８…板状光学素子、６１ａ…第１フレーム、６１ｂ…第２フレーム、７１ｏ…開口、７５…封止部材、７５ｆ…第１封止部、７５ｓ…第２封止部、７５ｉ…内周部、７５ｏ…外周部、７５ｔ…中間領域、７８…固定部材、７８ａ…ブリッジ、８１，８２…連結部材、９３…接着層、１００…画像表示装置、１００ａ…第１表示部、１００ｂ…第２表示部、１０２…表示駆動部、１０３ａ，１０３ｂ…コンバイナー、１０７…外装部材、１０７ａ…上外装部材、１０７ｂ…下外装部材、２００…画像表示装置、２００ａ…本体、２００ｂ…支持装置、ＡＸ…光軸、ＥＲ…アイリング、ＥＹ…眼、Ｇ１…隙間、ＧＰ…隙間、ＩＳ…内空間、ＭＬ…画像光、ＯＰ１…開口、ＯＰ２１，ＯＰ２２…開口、ＯＳ…光学系、ＯＵ…光学ユニット、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…光路、ＰＰ…瞳位置、ＵＳ…装着者

Claims (12)

1. 画像光を瞳位置に向けて射出する光学系と、光学系を支持するフレームとを有する表示部と、
   前記表示部の前記光学系を内空間に収納するとともに、前記フレームを部分的に露出させる外装部材と、
   前記外装部材の前記内空間を封止するシート状で可撓性を有する封止部材とを備え、
   前記封止部材は、前記外装部材との間で封止を行う外側の第１封止部と、前記フレームとの間で封止を行う内側の第２封止部とを有する、画像表示装置。
2. 前記第１封止部は、前記外装部材を構成する上外装部材と下外装部材との間に挟まれて固定される、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第１封止部は、前記上外装部材及び前記下外装部材の外周に沿って環状に設けられる、請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記第２封止部は、前記フレームに接着層を介して固定される、請求項１～３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 前記封止部材の外形は、前記フレームの外形よりも大きく、前記第１封止部は、前記第２封止部の外側に配置される、請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記封止部材は、前記フレーム上に配置され、前記接着層は、前記フレームと前記封止部材の本体との間に設けられる、請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記封止部材は、前記フレームの外周の内側に配置される開口を有する、請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記第２封止部は、前記フレームの外周に沿って環状に設けられる、請求項１～７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
9. 前記封止部材は、弾性変形可能な防水シートである、請求項１～８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
10. 前記表示部として、前記光学系と前記フレームとをそれぞれ有する第１表示部と第２表示部とを備え、
    前記封止部材は、内側の第２封止部において前記第１表示部の前記フレームと前記第２表示部の前記フレームとに密着する、請求項１～９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
11. 前記第１表示部と前記第２表示部とを相対的に固定する固定部材とを備え、
    前記封止部材は、前記固定部材と第１表示部の前記フレームとの間及び前記固定部材と前記第２表示部の前記フレームとの間に挟まれている、請求項１０に記載の画像表示装置。
12. 前記固定部材と前記第１表示部との間、及び前記固定部材と前記第２表示部との間に、３軸の回転自由度を有する軸受状の連結部材がそれぞれ設けられている、請求項１１に記載の画像表示装置。

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