JP3730806B2 - 光学系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系、より詳しくは、表示素子の画像を複数のプリズムを介して観察者の眼球に導く光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、頭部に装着して映像や音声を楽しむことができる頭部装着型映像表示装置が製品化されていて、例えば眼鏡に類似した方法で装着し、大画面の映像を観察することができるようになっている。
【０００３】
このような頭部装着型映像表示装置では、小型のＬＣＤ等により画像を表示して、その画像を光学系を介して拡大した後に、観察者の眼球に投影するようになっており、頭部に装着する使用形態を考慮して、光学系についても小型で高性能化を図る努力がなされている。
【０００４】
このような光学系の一例として、特開平７−３３３５５１号公報には、ＬＣＤ等により表示された画像を、全反射面や光学的パワーを有する曲面でなる反射面などの複数の反射面で反射させて、観察者の眼球に導く単一のプリズムでなる観察光学系が記載されている。
【０００５】
また、特開平９−７３００５号公報には、複数の反射面を有するプリズム素子の例えば両側面から位置決め部を突設して、これらの位置決め部に設けた形状部により、他の部材と精度良く位置決め固定する技術が記載されている。該公報にはさらに、ＬＣＤ等の表示手段により表示された画像を観察者の眼球に導く第１の光学素子に、外景を観察者の眼球に導くために透過させる第２の光学素子を組み合わせる技術が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような特開平７−３３３５５１号公報や特開平９−７３００５号公報に記載されたものでは、ＬＣＤ等の表示素子により表示された画像を観察者の眼球に導くための光学素子は、何れも単一のプリズムとなっている。しかしながら、近年、表示素子の高画素化、高精細化が望まれていて、こうした高精細な表示素子に対応するためには、単一のプリズムのみで画像を観察者の眼球に導く光学系を用いるのが必ずしも最適とはいえなくなっており、複数のプリズムを組み合わせて光学系を構成することも考慮に入れる必要が生じている。この場合には、これらのプリズム同士も互いの位置関係を高精度に決定しなければならず、こうした需要を満足することができる技術の実現が望まれている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数のプリズム同士を精度良く位置決めすることができる光学系を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明による光学系は、表示素子の画像を観察可能となるように観察者の眼球に対して結像する光学系であって、第１の接続部を有しかつ上記表示素子からの光線が通過する第１のプリズムと、第２の接続部を有しかつ上記第１のプリズムから出射する光線が通過する第２のプリズムと、を有してなり、上記第１の接続部と上記第２の接続部とは、上記表示素子を固定する鏡枠に設けられた結合部位を介して結合されかつ位置合わせされるものである。
【０００９】
また、第２の発明による光学系は、上記第１の発明による光学系において、上記結合部位が上記第１の接続部と第２の接続部とに各対応する位置決め凸部と締結用孔とを有してなるとともに、上記第１の接続部と第２の接続部が上記位置決め凸部に対応する位置決め孔をそれぞれ有してなり、これらの位置決め孔に上記位置決め凸部をそれぞれ挿入することによって、上記結合部位に対して上記第１の接続部と上記第２の接続部とを位置合わせし、上記締結用孔に締結部材を螺合することによって上記第１の接続部と上記第２の接続部とを固定するものである。
【００１０】
さらに、第３の発明による光学系は、上記第１の発明による光学系において、上記鏡枠が上記第１の接続部と上記第２の接続部とに対応した凹部を有してなり、上記第１の接続部と上記第２の接続部とをこの凹部に嵌入することによって、上記第１のプリズムと第２のプリズムとを位置合わせするものである。
【００１１】
第４の発明による光学系は、表示素子の画像を観察可能となるように観察者の眼球に対して結像する光学系であって、第１の接続部を有しかつ上記表示素子からの光線が通過する第１のプリズムと、第２の接続部を有しかつ上記第１のプリズムから出射する光線が通過する第２のプリズムと、を有してなり、上記第１のプリズムと上記第２のプリズムとは、上記第１の接続部と上記第２の接続部とを結合することによって位置合わせされるものである。
【００１２】
第５の発明による光学系は、上記第４の発明による光学系において、上記第２の接続部が上記第１の接続部を嵌合するための凹部を有してなり、上記第１の接続部をこの凹部に嵌め込むことにより、上記第１のプリズムと第２のプリズムとを位置合わせするものである。
【００１３】
第６の発明による光学系は、上記第４の発明による光学系において、上記第１のプリズムと第２のプリズムが、上記第１の接続部と第２の接続部とを超音波溶着することにより、一体的に結合されるものである。
【００１４】
第７の発明による光学系は、上記第４の発明による光学系において、上記第２の接続部が、上記第１のプリズムから出射する光線が入射する上記第２のプリズムの入射面上の、光学有効範囲外に設けられたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１から図２３は本発明の一実施形態を示したものであり、図１は光学系が適用される両眼式眼鏡型ディスプレイ１の使用時の様子を示す斜視図である。
【００２１】
頭部装着型映像表示装置の一例としてのこの両眼式眼鏡型ディスプレイ１は、観察者が通常の眼鏡とほぼ同様にして眼前から側頭部にかけて装着して用いるものであり、左右一対の光学系や映像表示回路等を内蔵してなる本体１ａの両側部から、眼鏡のつる状をなす側頭保持アーム１ｂをそれぞれ突設している。さらに、この両眼式眼鏡型ディスプレイ１は、イヤホン１ｃを耳内に装着することにより、音声も楽しむことができるようになっている。
【００２２】
また、図２は、光学系が適用される単眼式眼鏡型ディスプレイ２の使用時の様子を示す斜視図である。
【００２３】
頭部装着型映像表示装置の他の例としてのこの図２に示す単眼式眼鏡型ディスプレイ２は、右眼で映像を見るものとなっており、左眼でそのまま通常の視野を確保することができる点を除いては、上記図１に示したものとほぼ同様の構成となっていて、本体２ａの両側部から側頭保持アーム２ｂをそれぞれ突設するとともに、イヤホン２ｃにより音声を聴取するようになっている。
【００２４】
なお、この例では右眼用のものを示しているが、左眼用のものであってももちろん構わない。
【００２５】
次に、図３は、上記図１や図２に示した眼鏡型ディスプレイの内部構成を示す斜視図であり、ここでは例えば図２の内部の例について示す。
【００２６】
上記本体２ａ内には、例えばＴＶチューナやＤＶＤプレーヤ等の映像ソースから出力される映像信号を受けて表示素子用の駆動信号を生成する電装基板３と、この電装基板３に接続されているフレキシブルプリント基板４と、このフレキシブルプリント基板４に取り付けられている表示素子と、この表示素子により表示される画像を観察者の眼球に導く鏡枠ユニット１０と、が配設されている。
【００２７】
上記鏡枠ユニット１０は、上記表示素子により表示される画像を導く第１プリズム８と、この第１プリズム８と所定の位置関係に配設されることにより、該第１プリズム８を射出した画像の光束を内部で複数回反射させた後に観察者の眼球に導く第２プリズム７と、上記表示素子を固定するものであってこれら第１プリズム８と第２プリズム７を所定の位置関係に保持しながら上記本体２ａに固定される鏡枠９と、を有して構成されている。
【００２８】
図４は上記表示素子から射出された画像の光線が第１プリズム８および第２プリズム７内を通過する様子を示す側面図である。
【００２９】
上記表示素子は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色による発光を時系列的に順次行うＬＥＤユニット５と、このＬＥＤユニット５により発光された光を受けて画素毎に制御された所定の反射率により反射する反射型ＬＣＤ６と、を有して構成されている。
【００３０】
すなわち、上記ＬＥＤユニット５内のＬＥＤにより発光されて均一に拡散された光は、入射反射面８ａから第１プリズム８内に入った後に、第１反射面８ｂで反射され、透過面８ｃを介して上記ＬＣＤ６を照明する。
【００３１】
ＬＣＤ６は、各画素の反射率を、照明光が上記ＲＧＢの何れであるかに応じて制御するようになっており、上記ＬＥＤユニット５と協働して、面順次式の表示素子を構成している。
【００３２】
このＬＣＤ６により反射された光は、上記透過面８ｃから再び入射して、上記第１反射面８ｂで反射された後に、上記入射反射面８ａの内面側で反射して、出射面８ｄから該第１プリズム８の外部に出る。
【００３３】
この第１プリズム８からプリズム同士の間の空間に射出された光は、一旦光学的像面に結像した後に、続いて、入射面７ａから第２プリズム７内に入り、反射出射面７ｂの内面側で反射され、第２反射面７ｃで反射された後に、上記反射出射面７ｂから射出されて、観察者の眼球に像を結像するようになっている。
【００３４】
このように、反射型のＬＣＤ６をＬＥＤユニット５により面順次に照明することによって、カラーフィルタ等を用いる従来のＬＣＤに比して、同一の画素数でも約３倍の高精細な画像を表示することが可能となる。
【００３５】
すなわち、このような高精細な画像を実現するために、さらには観察者がより広い画面を観察することができるようにするために、２つのプリズムにより構成される光学系を採用したものである。
【００３６】
こうした高精細な画像が精度良く観察者の眼球に結像されるように、以下で説明するような手段を用いて、プリズム同士を精度良く位置決めするようになっている。
【００３７】
図５は、光学系の第１の例を示す分解斜視図であり、第１プリズム８と第２プリズム７を位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００３８】
第２プリズム７の入射面７ａの外側となる左右の側面には、第２の接続部たる位置決め連結部１１が一体成形により各設けられている。この位置決め連結部１１の上面は、第１プリズム８と第２プリズム７との距離を確保するために、上記入射面７ａよりも第１プリズム８に向かって突出している。そして、この位置決め連結部１１の上面には、締結用孔たるビス孔１１ａと、位置決め凸部たる位置決めピン１１ｂとが設けられている。
【００３９】
また、第１プリズム８の出射面８ｄ（上記図４参照）の外側となる左右の両側には、上記位置決め連結部１１に対応する第１の接続部たる位置決め連結部１２が一体成形により各設けられており、第２プリズム７に比べて第１プリズム８が小型であることから、左右にやや張り出すように形成されている。この位置決め連結部１２には、上記位置決めピン１１ｂに対応する位置に位置決め孔たる位置決めピン嵌入孔１２ｂが、上記ビス孔１１ａに対応する位置に締結用孔たるビス孔１２ａがそれぞれ穿設されている。
【００４０】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７を一体的に連結する際には、まず位置決めピン１１ｂを位置決めピン嵌入孔１２ｂに嵌め込んで、位置決め連結部１２の下面と位置決め連結部１１の上面を当接させた後に、ビス孔１２ａを貫通するようにして締結部材たるビス１３をビス孔１１ａに締結することにより行うようになっている。
【００４１】
こうして、第１プリズム８の位置決め連結部１２と第２プリズム７の位置決め連結部１１に互いの位置決めをするための凹凸を設けるようにしたために組立作業時の位置合わせが容易となり、さらに、位置決め連結部１１と位置決め連結部１２をビス１３を介して締結するようにしたために、固定作業も容易となる。
【００４２】
図６は光学系の第２の例を示す分解斜視図、図７は組み立てた状態の光学系の第２の例を示す斜視図であり、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ａを位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００４３】
第２プリズム７の入射面７ａの外側となる左右の側面には、第２の接続部たる位置決め連結部１５が一体成形により各設けられている。この位置決め連結部１５の上面は、上記図５の例とは異なり、上記入射面７ａよりも低くなった位置、つまり第１プリズム８から遠ざかった位置となっている。そして、この位置決め連結部１５の上面には、締結用孔たるビス孔１５ａと、位置決め孔たる位置決めピン嵌入孔１５ｂとが設けられている。
【００４４】
この第２プリズム７の上部には、上記ＬＥＤユニット５やＬＣＤ６を備える鏡枠９Ａが固定されるようになっており、その左右両側からは、断面略Ｌ字状をなす結合部位たる位置決め連結部１６が延出されている。
【００４５】
この位置決め連結部１６は、上記ビス孔１５ａに対応する位置に締結用孔たるビス孔１６ａが形成されるとともに、その下面からは上記位置決めピン嵌入孔１５ｂに対応する位置に位置決め凸部たる位置決めピン１６ｂが下方に向けて突設され、さらに上面からは位置決め凸部たる位置決めピン１６ｃが上方に向けて突設されている。
【００４６】
また、第１プリズム８の出射面８ｄ（上記図４参照）の外側となる左右の両側には、上記位置決め連結部１６に対応する第１の接続部たる位置決め連結部１７が各設けられている。第１プリズム８と第２プリズム７との大きさの違いは、上記断面略Ｌ字状をなす位置決め連結部１６により調節するようになっているために、上記図５の例とは異なり、左右に多めに張り出すようにはなっていない。
【００４７】
上記位置決め連結部１７には、上記ビス孔１５ａおよびビス孔１６ａに対応する位置に締結用孔たるビス孔１７ａが、上記位置決めピン１６ｃに対応する位置に位置決め孔たる位置決めピン嵌入孔１７ｂがそれぞれ穿設されている。
【００４８】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ａを一体的に連結する際には、まず位置決めピン１６ｂを位置決めピン嵌入孔１５ｂに嵌め込み、さらに、位置決めピン１６ｃを位置決めピン嵌入孔１７ｂに嵌め込んで、ビス孔１７ａおよびビス孔１６ａを貫通するようにしてビス１３をビス孔１５ａに締結することにより行うようになっている。
【００４９】
こうしてこの図６および図７に示した例においては、鏡枠９Ａの位置決め連結部１６を挟んで第１プリズム８と第２プリズム７を取り付けるようになっており、このときのプリズム同士の大きさの差を、該位置決め連結部１６の形状により調節している。
【００５０】
このような構成によれば、さらに鏡枠も精度良く位置決め固定されるために、第１プリズム８と第２プリズム７とＬＥＤユニット５およびＬＣＤ６との位置合わせを精度良く、かつ作業性良く行うことができる。
【００５１】
図８は、光学系の第３の例を示す分解斜視図および要部断面図であり、第１プリズム８と第２プリズム７を位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００５２】
図８（Ａ）に示すように、第２プリズム７の入射面７ａには、左右の両側にやや張り出すようにして、第２の接続部たる位置決め連結部２１が一体成形により各設けられている。この位置決め連結部２１には、内側および上側に向けて開口する凹部２１ｂが設けられており、この凹部２１ｂの底面は上記入射面７ａに対して段差を有することにより、第１プリズム８と第２プリズム７とのスペーサとしての機能を果たすようになっている。
【００５３】
この凹部２１ｂの長手方向の中央部の側壁側には、該側壁の一部を削るようにして締結用孔たるビス孔２１ａが穿設されている。
【００５４】
また、第１プリズム８の出射面８ｄ（上記図４参照）の外側となる左右の両側には、上記位置決め連結部２１に対応する第１の接続部たる位置決め連結部２２が各設けられている。この位置決め連結部２２には、上記ビス孔２１ａに対応する位置に略半円形をなすビス用切欠２２ａが形成されている。
【００５５】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７を一体的に連結する際には、まず位置決め連結部２２を凹部２１ｂに嵌め込み、さらに、図８（Ｂ）に示すように、上記ビス孔２１ａおよびビス用切欠２２ａを組み合わせて構成される位置決め孔に、ビスを締結することにより行うようになっている。
【００５６】
このときには、上記位置決め連結部２２の外側の端面と位置決め連結部２１の側壁の図８（Ａ）の左右の内側面との当接により第１プリズム８が第２プリズム７に対して左右方向に位置決めされ、上記位置決め連結部２２の長手方向の両端面と位置決め連結部２１の側壁の図８（Ａ）の前後の内側面との当接により第１プリズム８が第２プリズム７に対して前後方向に位置決めされ、さらに、上記位置決め連結部２２の厚さ方向の下端面と、位置決め連結部２１の凹部２１ｂの底面によって位置決めされ、上記３方向の位置決めについてはビスを締結することによって保持されるようになっている。
【００５７】
図９は、光学系の第４の例を示す分解斜視図および要部断面図であり、第１プリズム８と第２プリズム７を位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００５８】
図９（Ａ）に示すように、第２プリズム７の入射面７ａには、左右の両側にやや張り出すようにして、第２の接続部たる位置決め連結部２５が一体成形により各設けられている。この位置決め連結部２５には、図９（Ｂ）に示すように、上側に向けて開口する凹部２５ａが設けられており、この凹部２５ａの底面には位置決め段部２５ｂが設けられるとともに、さらに該位置決め段部２５ｂよりもやや低い面を有する溶着用凹部２５ｃが、該凹部２５ａの長手方向に沿って設けられている。
【００５９】
上記位置決め段部２５ｂは、入射面７ａに対して段差を有することにより、後述するように、第１プリズム８と第２プリズム７とのスペーサとしての機能を果たすようになっている。
【００６０】
また、第１プリズム８の出射面８ｄ（上記図４参照）の外側となる左右の両側には、上記位置決め連結部２５に対応する第１の接続部たる位置決め連結部２６が各設けられている。この位置決め連結部２６は、断面略Ｌ字形状をなし、該Ｌ字形状の下面２６ａに溶着用のエネルギーディレクター２６ｂが突設されている。
【００６１】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７を一体的に連結する際には、図９（Ｃ）に示すように、まず位置決め連結部２６のＬ字形状をなす先端部を凹部２５ａに嵌め込み、上記エネルギーディレクター２６ｂと溶着用凹部２５ｃを当接させた後に、超音波振動を印加することにより、これらエネルギーディレクター２６ｂと溶着用凹部２５ｃが溶着されて、図９（Ｄ）に示すような溶着層２６ｂ’が形成され一体化されるようになっている。
【００６２】
このときには、上記位置決め連結部２６のＬ字形状の下面２６ａが、上記位置決め段部２５ｂに当接することで、上下方向に位置決めされる。
【００６３】
このような構成によれば、超音波溶着を用いることにより、第１プリズム８と第２プリズム７とを強固に一体化することができる。
【００６４】
図１０は、光学系の第５の例を示す分解斜視図であり、第１プリズム８と第２プリズム７を位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００６５】
第２プリズム７の入射面７ａには、第２の接続部たる位置決め連結部３１が一体成形により左右にそれぞれ設けられていて、該第プリズム７の幅からは、はみ出すことのないように構成されている。また、これら一対の位置決め連結部３１は、その内側においては、第１プリズム８から第２プリズム７に射出される光束の有効通過範囲（光学有効範囲）３３を覆うことのないように形成されていることは勿論である。
【００６６】
さらに、上記位置決め連結部３１には、内側および上側に向けて開口する凹部３１ａが設けられており、この凹部３１ａの底面は上記入射面７ａに対して段差を有することにより、第１プリズム８と第２プリズム７とのスペーサとしての機能を果たすようになっている。
【００６７】
一方、第１プリズム８の出射面８ｄ（上記図４参照）の外側となる左右の両側には、上記位置決め連結部３１の凹部３１ａに嵌合する形状の第１の接続部たる位置決め連結部３２が各設けられている。
【００６８】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７を一体的に連結する際には、位置決め連結部３２を凹部３１ａに嵌め込んだ後に、例えば接着剤を用いて固定しても良いし、上述したような超音波溶着を用いて固定しても良いし、あるいはビス等を用いて固定しても構わない。
【００６９】
このように、この図１０に示した例においては、位置決め連結部３１，３２の何れもが、大きい方のプリズムである第１プリズム８の幅を越えることのないように形成されていて、これにより、光学系の小型化を図ることができるようになっている。
【００７０】
図１１は、光学系の第６の例を示す分解斜視図および要部断面図であり、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ｂを位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００７１】
この図１１に示す第２プリズム７に設けられた位置決め連結部２１と、第１プリズム８に設けられた位置決め連結部２２の構成は、上記図８に示したものと同様である。
【００７２】
また、鏡枠９Ｂは、図１１（Ａ）に示すように、第２プリズム７上に取り付けた第１プリズム８の、さらに上から該第１プリズム８を覆うようにして取り付けるようになっているものである。
【００７３】
この鏡枠９Ｂは、上述したようにＬＥＤユニット５やＬＣＤ６を内部に固定するものであり、その左右両側からは結合部位たる位置決め連結部３５が延出されている。
【００７４】
この位置決め連結部３５には、内側および下側に向けて開口する凹部３５ａが設けられており、その略中央部には、上記ビス孔２１ａやビス用切欠２２ａに対応する位置に、図１１（Ｂ）に示すように、締結用孔たるビス孔３５ｂが穿設されている。
【００７５】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ｂを一体的に連結する際には、まず位置決め連結部２２を凹部２１ｂに嵌め込み、さらに、上側からこれら位置決め連結部２２と凹部２１ｂを覆うように位置決め連結部３５の凹部３５ａを嵌合し、図１１（Ｂ）に示すように、上記ビス孔２１ａ、ビス用切欠２２ａおよびビス孔３５ｂを合わせて構成される位置決め孔に、ビス１３を締結することにより行うようになっている。
【００７６】
図１２は、光学系の第７の例を示す分解斜視図であり、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ｃを位置決めしながら、互いに組み付ける構成を示している。
【００７７】
第２プリズム７の入射面７ａには、左右の両側にやや張り出すようにして、第２の接続部たる位置決め連結部４１が一体成形により各設けられている。この位置決め連結部４１には、位置決め孔たる位置決めピン嵌入孔４１ａが穿設されている。
【００７８】
上記位置決め連結部４１の上面は、上記入射面７ａに対して段差を有することにより、第１プリズム８と第２プリズム７とのスペーサとしての機能を果たすようになっている。
【００７９】
一方、第１プリズム８の出射面８ｄ（上記図４参照）の外側となる左右の両側には、上記位置決め連結部４１に対応する位置に、第１の接続部たる位置決め連結部４２が各設けられている。この位置決め連結部４２にも、上記位置決めピン嵌入孔４１ａに対応する位置に、位置決め孔たる位置決めピン嵌入孔４２ａが穿設されている。
【００８０】
さらに、鏡枠９Ｃの左右両側からは、結合部位たる位置決め連結部４３が延出されていて、その下端面からは、位置決め凸部たる位置決めピン４３ａが下方に向けて突設されている。
【００８１】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ｃを一体的に連結する際には、位置決め連結部４１と位置決め連結部４２を、各位置決めピン嵌入孔４１ａ，４２ａの位置が一致するように当接させた後に、鏡枠９Ｃを上側から覆い被せて、位置決めピン４３ａが各位置決めピン嵌入孔４１ａ，４２ａを共通して貫通するように嵌合させる。これらを固定するには、上述と同様に、接着剤や、超音波溶着や、ビス等を用いれば良い。
【００８２】
図１３は、光学系の第８の例を示す分解斜視図およびＡ−Ａ断面図であり、第１プリズム８と第２プリズム７と２体でなる鏡枠９Ｄ1，９Ｄ2とを、位置決めしながら互いに組み付ける構成を示している。
【００８３】
図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示すように、第２プリズム７の両側面には、嵌合して位置決めを行うための第２の接続部たる位置決め連結部４５が、同様に、第１プリズム８の両側面には、嵌合して位置決めを行うための第１の接続部たる位置決め連結部４６が、それぞれ突設されている。
【００８４】
この図１３に示す鏡枠は、２つの部材を組み合わせることにより構成されるようになっており、第１鏡枠９Ｄ1 と第２鏡枠９Ｄ2 とを結合してなる。
【００８５】
上記第１鏡枠９Ｄ1 には、第１プリズム８の略半分を収納するスペースと、第２プリズム７の上部の略半分を収納するスペースとが設けられており、上記位置決め連結部４５，４６をそれぞれ嵌合するための結合部位たる嵌合凹部４９ａ，４９ｂが形成されると共に、締結用孔たるビス孔４７が穿設されている。
【００８６】
上記第２鏡枠９Ｄ2 には、第１プリズム８の残り略半分を収納するスペースと、第２プリズム７の上部の残り略半分を収納するスペースとが設けられており、同様に、上記位置決め連結部４５，４６をそれぞれ嵌合するための結合部位たる嵌合凹部４９ｃ，４９ｄが形成されると共に、深孔でなる締結用孔たるビス孔４８が穿設されている。
【００８７】
このような構成において、第１プリズム８と第２プリズム７と鏡枠９Ｄ1 ，９Ｄ2 を一体的に連結する際には、例えば一方の第１鏡枠９Ｄ1 に第１プリズム８と第２プリズム７を落とし込んで、嵌合凹部４９ａ，４９ｂに位置決め連結部４５，４６を嵌合させ、次に、他方の第２鏡枠９Ｄ2 を覆い被せて該位置決め連結部４５，４６に嵌合凹部４９ｃ，４９ｄを嵌合させ、さらに、上記ビス孔４８およびビス孔４７に共通してビス１３を締結させることにより行うようになっている。
【００８８】
このような構成により、図１３（Ｂ）に示したように、第２プリズム７と第１鏡枠９Ｄ1 および第２鏡枠９Ｄ2 との間のクリアランスをなくすことができ、外部からの異物（例えばゴミなど）の進入を防ぐことができる。
【００８９】
図１４は光学系の第９の例を示す斜視図、図１５は光学系の第９の例を示す正面図、図１６は光学系の第９の例における型割を示すための側面図である。
【００９０】
この第９の例の光学系は、所定の距離を離して配置される第１プリズム８と第２プリズム７を、型割により一体成形したものである。
【００９１】
すなわち、この光学系においては、第１プリズム８と第２プリズム７は、これらと一体に成形された断面略コの字形状をなす左右の接続部たる位置決め連結部５１により互いに接続されている。
【００９２】
この光学系を成形する際には、図１６に示すように行う。
【００９３】
すなわち、成形の型は、固定側の型と可動側の型に分かれており、これらの境界が図１６において２点差線で示す型割線Ｐ．Ｌである。
【００９４】
固定側の型と可動側の型は、プリズムの各面をそれぞれ成形するための複数の型部材より構成されており、型割線Ｐ．Ｌの左側に示す固定側の型においては、面Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ８，Ｒ１１は、それぞれ異なる型部材により形成されている。なお、面Ｒ８は、可動側に延出した形状となっているが、固定側の一つの型部材により成形されている。
【００９５】
また、型割線Ｐ．Ｌの右側に示す可動側の型においては、面Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ１２が、それぞれ異なる型部材により形成されるようになっている。
【００９６】
なお、このプリズムは図１５に示すような中心線に対して左右対称に設けられており、この図１６に示す側の反対側にある各面も、同様にそれぞれの型部材により成形される。
【００９７】
このようにプリズムの形状や成形用の型を工夫することにより、第１プリズム８と第２プリズム７を所定の位置関係を保たせながら一体に成形することができるために、プリズム同士を組み付ける作業が不要となり、作業工程を少なくして生産性を向上させることが可能となる。
【００９８】
図１７は光学系の第１０の例を示す斜視図、図１８は光学系の第１０の例を示す正面図、図１９は光学系の第１０の例を示す側面図である。
【００９９】
この第１０の例の光学系も、上記第９の例の光学系と同様に、所定の距離を離して配置される第１プリズム８と第２プリズム７を、型割により一体成形したものである。
【０１００】
すなわち、この光学系においても、第１プリズム８と第２プリズム７が、これらと一体に成形された略直方体形状の左右の接続部たる位置決め連結部５６により互いに接続されている。
【０１０１】
このとき上記図１４から図１６に示した例との相違点は、該位置決め連結部５６が、大きい方のプリズムである第２プリズム７の幅をはみ出ることのないように形成されている点である。
【０１０２】
これにより、光学系の小型化や軽量化を図ることが可能となる。
【０１０３】
図２０はシースルー表示可能に構成された第２プリズム７を示す斜視図、図２１はシースルー表示可能に構成された第２プリズム７を示す側面図である。
【０１０４】
光学系を頭部装着型映像表示装置などに用いる場合には、映像ソースからの映像を見ることができるだけでなく、さらに、外部を観察することができるようにすることが望まれる場合もある。この図２０，図２１に示す第２プリズム７は、そうした需要に対応するための構成を示したものである。
【０１０５】
すなわち、第２プリズム７の上記第２反射面７ｃには、例えば蒸着等の手段によりハーフミラー面６１が形成されている。
【０１０６】
そして、このハーフミラー面６１を覆うようにして、光学部材たる透過光学系部６２が例えばＵＶ（紫外線）硬化型樹脂により形成されている。
【０１０７】
こうして、第２反射面７ｃをハーフミラー面６１として形成することにより、ＬＣＤ６からの映像を反射して見ることができるとともに、上記透過光学系部６２から入射する外景を、該ハーフミラー面６１を透過させて見ることが可能となる。この場合、本体１ａには、外景を観察可能なシースルー窓（図示はしない）が設けられている。
【０１０８】
なお、上記透過光学系部６２は、もし存在しないと、ハーフミラー面６１から入射する外光が第２プリズム７により屈折してしまうために、第２プリズム７と重ねることで外光をほぼそのまま透過させて観察者の眼球に到達させることができるようにするためのものである。
【０１０９】
図２２は視野の上部のみをシースルー表示可能に構成した第２プリズム７を示す斜視図および要部断面図、図２３は上記図２２に示した第２プリズム７を製造する過程を示す図である。
【０１１０】
図２２（Ａ）に示すように、第２プリズム７の上記第２反射面７ｃには、上部にハーフミラー面６６が形成されると共に、その他の部分が通常の反射ミラー面６５となっている。
【０１１１】
さらに、上記ハーフミラー面６６を覆うようにして、光学部材たる透過光学系部６７が例えばＵＶ（紫外線）硬化型樹脂により形成されている。
【０１１２】
上記ハーフミラー面６６は、複数層コーティングにより構成されていて、例えば図２２（Ｂ）に示すような積層構造となっている。
【０１１３】
すなわち、例えばアモルファスポリオレフィンにより形成された第２プリズム７には、酸化ジルコニウムと五酸化タンタルとの化合物でなるＺＴのコート面が形成され、その上に銀Ａｇのコート面が蒸着等により形成されている。
【０１１４】
そして、さらにこの銀Ａｇのコート面の上に、二酸化珪素ＳｉＯ2 のコート面（または、三酸化タングステンＷＯ3 のコート面でも良い）が形成され、その状態のハーフミラー面６６に、ＵＶ硬化型樹脂でなる透過光学系部６７が形成されるようになっている。
【０１１５】
上記二酸化珪素ＳｉＯ2 はＵＶ硬化型樹脂との密着性が良いために、このような構成とすることにより、剥離や欠損、脱落等を招くことなく、確実に透過光学系部６７を形成することが可能となる。
【０１１６】
次に、ハーフミラー面６６が形成された状態の第２プリズム７に、透過光学系部６７を形成するときの手順について、図２３を参照して説明する。
【０１１７】
透過光学系部６７を形成するための型６８は、紫外線を透過する素材により形成されていて、該透過光学系部６７の形状に対応した凹部６８ｂが設けられており、この凹部６８ｂの一端部６８ａは上記第２反射面７ｃの上端部との合わせ位置となっている。
【０１１８】
また、上記凹部６８ｂに隣接して、透過光学系部６７の通常の反射面を密着して載置するための載置用曲面６８ｃが形成されている。
【０１１９】
さらに、該凹部６８ｂの一側部には、固化する前の例えば液状をなすＵＶ硬化型樹脂を外部から注入するための注入部６８ｄが形成されている。
【０１２０】
このような型６８を用いて透過光学系部６７を形成する際には、まず、図２３（Ａ）に示すように、上記第２反射面７ｃの上端部を型６８の一端部６８ａに合わせるようにして、型６８上に第２プリズム７を載置し、さらに、透過光学系部６７の通常の反射面が載置用曲面６８ｃに密着するようにする。
【０１２１】
次に、図２３（Ｂ）に示すように、上記注入部６８ｄから液状のＵＶ硬化型樹脂を規定量注入し、図２３（Ｃ）に示すように、紫外線を照射して、樹脂を固化させる。
【０１２２】
完全に固化されたところで型６８から外すことにより、図２３（Ｄ）に示すように透過光学系部６７を備えた第２プリズム７が完成する。
【０１２３】
このように、視野の一部、例えば上部のみを外光を透過させ得る構成とすることにより、見易さをほぼ低下させることなく、ＬＣＤ６からの映像を観察することができると共に、外景を観察することも可能となる。
【０１２４】
以上説明したように、このような実施形態によれば、複数のプリズムでなる光学系において、プリズム同士を、低コストかつ少ない作業工程で、精度良く位置決めすることが可能となる。
【０１２５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【０１２６】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【０１２７】
（１） 表示素子の画像を観察可能となるように結像させる光学系であって、
上記表示素子から入射した光線が内部を通過した後に出射する出射面を有する第１のプリズムと、
上記第１のプリズムから出射された光線が入射する入射面を有する第２のプリズムと、
上記第１のプリズムと第２のプリズムとが所定の位置関係を有して配置されるように、これら第１のプリズムと第２のプリズムとを連結する接続部と、
を具備したことを特徴とする光学系。
【０１２８】
（２） 上記接続部は、
上記第１のプリズムの上記出射面または該出射面の近傍に形成された第１の接続部と、
上記第１の接続部と直接または間接に結合することにより上記第２のプリズムと第１のプリズムとを位置合わせしながら連結するための、該第２のプリズムの上記入射面または該入射面の近傍に形成された第２の接続部と、
を有してなることを特徴とする付記（１）に記載の光学系。
【０１２９】
（３） 上記第１の接続部は第１のプリズムと一体成形され、上記第２の接続部は上記第２のプリズムと一体成形されたものであることを特徴とする付記（２）に記載の光学系。
【０１３０】
（４） 上記第１の接続部には位置決め用の凸部または凹部の何れか一方が設けられると共に、上記第２の接続部には位置決め用の凸部または凹部の他方が設けられており、
これら第１の接続部と第２の接続部は、締結部材を用いることにより、直接に結合されかつ位置合わせされるものであることを特徴とする付記（２）に記載の光学系。
【０１３１】
（５） 上記表示素子を固定するものであって、かつ上記第１のプリズムと第２のプリズムを保持するための鏡枠をさらに具備し、
上記第１の接続部と第２の接続部は、該鏡枠に設けられた結合部位を介することにより、間接に結合されかつ位置合わせされるものであることを特徴とする付記（２）に記載の光学系。
【０１３２】
（６） 上記第１のプリズムと上記第２のプリズムと上記接続部とは、一体成形により形成されたものであることを特徴とする付記（１）に記載の光学系。
【０１３３】
（７） 上記所定の位置関係は、上記第１のプリズムの出射面と第２のプリズムの入射面との間に空間を有するように構成され、かつ該空間内に光学的像面が位置する位置関係であることを特徴とする付記（１）に記載の光学系。
【０１３４】
（８） 上記第２のプリズムは、上記入射面から入射した光線を内面で反射するとともにその後該第２のプリズム内を通過した光線を観察者の眼球に向けて出射する反射出射面と、この反射出射面で反射された光線を該反射出射面から出射させるべく反射する反射面と、を有してなり、
上記反射面の少なくとも一部にハーフミラー面を形成するとともに、該ハーフミラー面を覆うようにして外界像を観察者の眼球に向けて導くための光学部材を複合成形したことを特徴とする付記（１）に記載の光学系。
【０１３５】
従って、付記（１）に記載の発明によれば、第１のプリズムと第２のプリズムとを接続部を介して連結することにより、プリズム同士を精度良く位置決めすることができる。
【０１３６】
また、付記（２）に記載の発明によれば、第１のプリズムに形成された第１の接続部と、第２のプリズムに形成された第２の接続部とを用いて、付記（１）に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【０１３７】
さらに、付記（３）に記載の発明によれば、付記（２）に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第１、第２の接続部を第１、第２のプリズムと各一体成形したために、精度の向上や作業工程の簡略化を図ることが可能となる。
【０１３８】
付記（４）に記載の発明によれば、付記（２）に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、位置決め用の凸部と凹部の組み合わせを用いることによって、位置合わせが容易になり、締結部材を用いることによって、容易に固定することができる。
【０１３９】
付記（５）に記載の発明によれば、付記（２）に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第１の接続部と第２の接続部とを鏡枠に設けた結合部位を介して結合することにより、表示素子も精度良く位置決めすることが可能となる。
【０１４０】
付記（６）に記載の発明によれば、付記（１）に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第１のプリズムと第２のプリズムと接続部とを一体成形することにより、プリズム同士を接続する作業工程が不要となって生産性を向上することができる。
【０１４１】
付記（７）に記載の発明によれば、第１のプリズムの出射面と第２のプリズムの入射面との間に空間を有するように構成されかつ該空間内に光学的像面が位置する光学系において、付記（１）に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【０１４２】
付記（８）に記載の発明によれば、付記（１）に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第２のプリズムにハーフミラー面を形成してそこに光学部材を複合成形したために、表示素子の画像だけでなく外界像も観察することが可能となり、使い易い光学系となる。
【０１４３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１による本発明の光学系によれば、第１のプリズムと第２のプリズムとを、それぞれに設けた接続部により、鏡枠の結合部位を介して結合しているために、プリズム同士や鏡枠を精度良く位置決めすることができる。
【０１４４】
また、請求項２による本発明の光学系によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、位置決め凸部と位置決め孔との組み合わせを用いることにより位置合わせが容易になり、締結部材を用いることにより容易に固定することができる。
【０１４５】
さらに、請求項３による本発明の光学系によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、鏡枠の凹部に第１の接続部と第２の接続部を嵌入することにより、第１のプリズムと第２のプリズムとを容易に位置合わせすることができる。
【０１４６】
請求項４による本発明の光学系によれば、第１のプリズムと第２のプリズムとを、それぞれに設けた接続部により結合しているために、プリズム同士を精度良く位置決めすることができる。
【０１４７】
請求項５による本発明の光学系によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第１の接続部を第２の接続部の凹部に嵌め込むことにより、第１のプリズムと第２のプリズムとを容易に位置合わせすることができる。
【０１４８】
請求項６による本発明の光学系によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、超音波溶着を用いることにより、第１のプリズムと第２のプリズムとを強固に一体化することができる。
【０１４９】
請求項７による本発明の光学系によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、第２のプリズムの入射面上の光学有効範囲外に接続部を設けているために、表示素子の画像を欠けることなく観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光学系が適用される、両眼式眼鏡型ディスプレイの使用時の様子を示す斜視図。
【図２】上記実施形態の光学系が適用される、単眼式眼鏡型ディスプレイの使用時の様子を示す斜視図。
【図３】上記実施形態における眼鏡型ディスプレイの内部構成を示す斜視図。
【図４】上記実施形態において、表示素子から射出された画像の光線が第１プリズムおよび第２プリズム内を通過する様子を示す側面図。
【図５】上記実施形態の光学系の第１の例を示す分解斜視図。
【図６】上記実施形態の光学系の第２の例を示す分解斜視図。
【図７】上記実施形態の光学系の第２の例において、組み立てた状態を示す斜視図。
【図８】上記実施形態の光学系の第３の例を示す分解斜視図および要部断面図。
【図９】上記実施形態の光学系の第４の例を示す分解斜視図および要部断面図。
【図１０】上記実施形態の光学系の第５の例を示す分解斜視図。
【図１１】上記実施形態の光学系の第６の例を示す分解斜視図および要部断面図。
【図１２】上記実施形態の光学系の第７の例を示す分解斜視図。
【図１３】上記実施形態の光学系の第８の例を示す分解斜視図およびＡ−Ａ断面図。
【図１４】上記実施形態の光学系の第９の例を示す斜視図。
【図１５】上記実施形態の光学系の第９の例を示す正面図。
【図１６】上記実施形態の光学系の第９の例における型割を示すための側面図。
【図１７】上記実施形態の光学系の第１０の例を示す斜視図。
【図１８】上記実施形態の光学系の第１０の例を示す正面図。
【図１９】上記実施形態の光学系の第１０の例を示す側面図。
【図２０】上記実施形態において、シースルー表示可能に構成された第２プリズムを示す斜視図。
【図２１】上記実施形態において、シースルー表示可能に構成された第２プリズムを示す側面図。
【図２２】上記実施形態において、視野の上部のみをシースルー表示可能に構成した第２プリズムを示す斜視図および要部断面図。
【図２３】上記図２２に示した第２プリズムを製造する過程を示す図。
【符号の説明】
１…両眼式眼鏡型ディスプレイ
２…単眼式眼鏡型ディスプレイ
５…ＬＥＤユニット（表示素子の一部）
６…ＬＣＤ（表示素子の一部）
７…第２プリズム（第２のプリズム）
７ａ…入射面
７ｂ…反射出射面
７ｃ…第２反射面
８…第１プリズム（第１のプリズム）
８ｄ…出射面
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…鏡枠
９Ｄ1…第１鏡枠
９Ｄ2…第２鏡枠
11,15,21,25,31,41,45…位置決め連結部（第２の接続部）
11a,12a,15a,16a,17a,21a,35b,47,48…ビス孔（締結用孔）
１１ｂ，１６ｂ，１６ｃ，４３ａ…位置決めピン（位置決め凸部）
12,17,22,26,32,42,46…位置決め連結部（第１の接続部）
12b,15b,17b,41a,42a…位置決めピン嵌入孔（位置決め孔）
１３…ビス（締結部材）
１６，３５，４３…位置決め連結部（結合部位）
２１ｂ，２５ａ，３１ａ，３５ａ…凹部
２２ａ…ビス用切欠（締結用孔の一部）
２５ｂ…位置決め段部
２５ｃ…溶着用凹部
２６ｂ…エネルギーディレクター
２６ｂ’…溶着層
３３…光束の有効通過範囲（光学有効範囲）
４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ…嵌合凹部（結合部位）
５１，５６…位置決め連結部（接続部）
６１，６６…ハーフミラー面
６２，６７…透過光学系部（光学部材）

Claims (7)

1. 表示素子の画像を観察可能となるように観察者の眼球に対して結像する光学系であって、
   上記光学系は、
   第１の接続部を有し、かつ上記表示素子からの光線が通過する第１のプリズムと、
   第２の接続部を有し、かつ上記第１のプリズムから出射する光線が通過する第２のプリズムと、
   を有してなり、
   上記第１の接続部と上記第２の接続部とは、上記表示素子を固定する鏡枠に設けられた結合部位を介して結合され、かつ位置合わせされるものであることを特徴とする光学系。
2. 上記結合部位は、上記第１の接続部と第２の接続部とに各対応する位置決め凸部と、締結用孔と、を有してなるとともに、
   上記第１の接続部と第２の接続部は、上記位置決め凸部に対応する位置決め孔をそれぞれ有してなり、
   これらの位置決め孔に上記位置決め凸部をそれぞれ挿入することによって、上記結合部位に対して上記第１の接続部と上記第２の接続部とを位置合わせし、上記締結用孔に締結部材を螺合することによって上記第１の接続部と上記第２の接続部とを固定するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 上記鏡枠は、上記第１の接続部と上記第２の接続部とに対応した凹部を有してなり、
   上記第１の接続部と上記第２の接続部とをこの凹部に嵌入することによって、上記第１のプリズムと第２のプリズムとを位置合わせするものであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
4. 表示素子の画像を観察可能となるように観察者の眼球に対して結像する光学系であって、
   上記光学系は、
   第１の接続部を有し、かつ上記表示素子からの光線が通過する第１のプリズムと、
   第２の接続部を有し、かつ上記第１のプリズムから出射する光線が通過する第２のプリズムと、
   を有してなり、
   上記第１のプリズムと上記第２のプリズムとは、上記第１の接続部と上記第２の接続部とを結合することによって位置合わせされるものであることを特徴とする光学系。
5. 上記第２の接続部は、上記第１の接続部を嵌合するための凹部を有してなり、
   上記第１の接続部をこの凹部に嵌め込むことにより、上記第１のプリズムと第２のプリズムとを位置合わせするものであることを特徴とする請求項４に記載の光学系。
6. 上記第１のプリズムと第２のプリズムは、上記第１の接続部と第２の接続部とを超音波溶着することにより、一体的に結合されるものであることを特徴とする請求項４に記載の光学系。
7. 上記第２の接続部は、上記第１のプリズムから出射する光線が入射する上記第２のプリズムの入射面上の、光学有効範囲外に設けられたものであることを特徴とする請求項４に記載の光学系。

Images