JP6197843B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置に関する。

従来、眼鏡のような外観を有し、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示素子にて形成された画像を光学系により虚像として観察者に観察させる虚像表示装置（画像表示装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の虚像表示装置は、表示素子（ＬＣＤ等）や投射レンズ（対物レンズ）等を有する画像表示ユニットと、導光板（基板）とが眼鏡フレームに固定された構造を有する。
導光板は、一端側及び他端側に導入ミラー及びコンバイナがそれぞれ設けられている。
導入ミラーは、表示素子から出射され投射レンズにて平行光として投射された画像光が導光板内部で全反射されてコンバイナに導かれるように、当該画像光を反射させる。
そして、コンバイナは、導光板内部での全反射により導かれた画像光を反射させて、導光板外部の所定位置（観察者の左目または右目）に導く。

特開２００６−１６２７６７号公報

ところで、上述したような虚像表示装置では、観察者の左目または右目に画像光を良好に導く（観察者に画像を良好に観察させる）ためには、投射レンズ（光軸）及び導光板（導入ミラー）の位置関係が非常に重要なものとなる。
しかしながら、特許文献１に記載の虚像表示装置では、投射レンズに対して導光板を位置決めするための位置決め構造が設けられていない。
したがって、虚像表示装置を組み立てる際には、実際に画像光を観察しながら、画像を良好に観察できる位置となるまで画像表示ユニットや導光板を移動させた後、画像表示ユニットや導光板を眼鏡フレームに対して固定する必要がある。
すなわち、投射レンズに対する導光板の位置決めが煩雑化する、という問題がある。

また、特許文献１に記載の虚像表示装置において、例えば、画像表示ユニットの外装筐体と、眼鏡フレームとの間に上述した位置決め構造を設けた場合には、投射レンズに対して導光板を精度良く位置決めすることが難しい、という問題がある。
具体的に、位置決めの対象となる投射レンズ及び導光板の間には、投射レンズを保持する鏡筒等の保持部材、画像表示ユニットの外装筐体、及び眼鏡フレームが介在することとなる。すなわち、位置決めの対象となる投射レンズ及び導光板の間に介在する部材の数が多いため、当該介在する部材の製造公差等が積算されることで、虚像表示装置を組み立てた際に投射レンズに対する所望の位置から導光板がずれやすいものとなる。

本発明の目的は、投射レンズに対する導光板の位置決めを精度良く、かつ、簡単に実施できる虚像表示装置を提供することにある。

本発明の虚像表示装置は、画像光を出射する表示素子と、前記表示素子からの画像光を投射する投射レンズと、前記投射レンズを保持する第１保持部材と、前記投射レンズからの画像光を内部に取り込んだ後、外部の所定位置に導く導光板と、前記導光板を保持する第２保持部材と、前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行うための位置決め構造と、を備え、前記導光板は、前記投射レンズからの画像光を前記導光板内部に取り込む画像取込部と、前記導光板内部に取り込まれた画像光を一対の全反射面での全反射により前記画像取込部から離間する方向に導く全反射部と、前記全反射部にて導かれた画像光を外部の前記所定位置に導く画像取出部と、を有し、前記位置決め構造は、前記第１保持部材に位置する平坦状の位置決め面を有し、前記位置決め面は、前記全反射面に当接することで、前記投射レンズに対する前記導光板の前記投射レンズの光軸に沿った方向の位置決めを行い、前記位置決め構造は、前記第１保持部材及び前記第２保持部材に設けられることで前記光軸に直交する平面内での前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行うことを特徴とする。

本発明では、虚像表示装置には、投射レンズに対する導光板の位置決めを行うための位置決め構造が設けられている。
このことにより、当該位置決め構造を利用して、虚像表示装置を組み立てることで、観察者に画像を良好に観察させることができる位置関係となるように投射レンズ及び導光板を位置付けることができる。
したがって、投射レンズに対する導光板の位置決めを簡単に実施できる。
また、位置決め構造が上述した位置決め面を備えるので、位置決め面を全反射面に当接させるだけで、投射レンズに対して、光軸に沿う方向の所望の位置に導光板を簡単に位置決めすることができる。
また、導光板の全反射面は、高精度な平面度を有するように形成されていることから、当該全反射面を投射レンズに対する導光板の位置決めに利用することで、位置決め構造の簡素化が図れるとともに、投射レンズに対する導光板の位置決めを高精度に実施できる。
また、導光板が上述した画像取込部、全反射部、及び画像取出部を備えるので、表示素子に形成された画像の他、外界像をも観察者に観察させることができ、シースルー型の虚像表示装置を構成することができる。

本発明の虚像表示装置では、前記導光板を保持する第２保持部材を備え、前記位置決め構造は、前記第１保持部材及び前記第２保持部材に設けられることで前記光軸に直交する平面内での前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行う。
上記位置決め構造は、投射レンズを保持する第１保持部材、及び導光板を保持する第２保持部材に設けられている。すなわち、位置決めの対象となる投射レンズ及び導光板の間に介在する部材は、第１保持部材及び第２保持部材の２つの部材となる。
ところで、投射レンズや導光板には、当該投射レンズや導光板の材質等の問題から、投射レンズに対する導光板の位置決めを行うための位置決め構造を設けることが難しい。
したがって、投射レンズに対する導光板の位置決めに用いる部材を最低限の数（２つ）の部材（第１保持部材及び第２保持部材）とし、位置決め構造の簡素化が図れる。また、位置決めの対象となる投射レンズ及び導光板の間に介在する部材の数を最低限の数とすることができるため、投射レンズに対する導光板の位置決めを精度良く実施できる。

本発明の虚像表示装置では、前記導光板は、前記投射レンズに対向して配設され、前記一対の全反射面は、前記投射レンズの前記光軸に直交する平坦状に形成されて互いに平行であり、前記位置決め面は、前記光軸に直交していることが好ましい。

本発明の虚像表示装置では、前記位置決め面は、前記第１保持部材において、前記投射レンズの周囲を囲む端面であり、前記投射レンズの光軸に直交する平坦状に形成されていることが好ましい。

本発明の虚像表示装置では、前記表示素子、前記投射レンズ、前記第１保持部材、及び前記導光板は、それぞれ一対設けられ、前記第２保持部材は、各前記導光板を一体化することが好ましい。
本発明では、表示素子、投射レンズ、第１保持部材、及び導光板は、観察者の両目に対応させて、それぞれ一対設けられている。そして、第２保持部材は、観察者の両目に対応した一対の導光板を一体化する。
このことにより、一対の導光板に対応させて第２保持部材を一対設ける構成と比較して、一対の第１保持部材と単体の第２保持部材とに位置決め構造を設けることで、構造の簡素化が図れるとともに、一対の投射レンズに対する一対の導光板のそれぞれの位置決めを簡単に実施できる。

本発明の虚像表示装置では、前記位置決め構造は、前記第１保持部材及び前記第２保持部材のいずれか一方から前記投射レンズの光軸に沿って他方に向けて突出する係合部と、前記他方に設けられ、前記係合部に係合する係合受け部とを備え、前記係合部及び前記係合受け部は、互いに係合することで、前記光軸に直交する平面内での前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行うことが好ましい。

本発明では、位置決め構造が上述した係合部及び係合受け部を備えるので、係合部及び係合受け部を互いに係合させるだけで、投射レンズに対して、光軸に直交する平面内の所望の位置に導光板を簡単に位置決めすることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記係合部は、第１の仮想線上にそれぞれ設けられた第１係合部及び第２係合部を備え、前記係合受け部は、前記第１の仮想線に平行となる第２の仮想線上にそれぞれ設けられ、前記第１係合部及び前記第２係合部がそれぞれ嵌合する第１係合受け部及び第２係合受け部を備え、前記第２係合受け部は、前記第２の仮想線に沿って延びる長穴で構成されていることが好ましい。

本発明では、第１，第２係合部が第１の仮想線上にそれぞれ設けられ、第１，第２係合受け部も第１の仮想線に平行となる第２の仮想線上にそれぞれ設けられている。そして、第２係合受け部は、第２の仮想線に沿って延びる長穴で構成されている。
このことにより、第１，第２係合部間の寸法が設計上の寸法に対して誤差のある寸法であった場合でも、投射レンズに対して、当該投射レンズの光軸に直交する平面内の所望の位置に導光板を位置決めすることができる。
また、第２係合受け部が長穴で構成されているので、材料の熱収縮により第１，第２係合部間の寸法が変化した場合であっても、当該熱収縮による第１，第２係合部間の寸法変化を第２係合受け部にて吸収できる。

本発明の虚像表示装置では、前記第１の仮想線は、前記投射レンズの光軸に沿う方向から見て、前記導光板内部での画像光の進行方向に対して直交し、前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記導光板を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。
本発明では、第１，第２係合部（第１，第２係合受け部）が上述した位置にそれぞれ設けられているので、導光板内部を進行する画像光に干渉しない位置で、投射レンズの光軸に直交する平面内の所望の位置に導光板を良好に位置決めすることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記第２保持部材に固定され、前記表示素子、前記投射レンズ及び前記第１保持部材を覆うカバーと、前記カバーに取り付けられるテンプルと、を備えることが好ましい。

本発明の虚像表示装置では、前記表示素子、前記投射レンズ、前記第１保持部材、前記カバー及び前記テンプルは、それぞれ一対設けられていることが好ましい。
本発明の虚像表示装置では、前記表示素子を前記第１保持部材における前記導光板とは反対方向側の端面に取り付ける取付部材を有することが好ましい。
本発明の虚像表示装置では、前記第２保持部材は、一対の前記導光板のそれぞれの一端側を支持する第１フレーム部と、一対の前記導光板のそれぞれの他端側を支持する第２フレーム部と、前記第１フレーム部及び前記第２フレーム部の間に架設される架設部と、を有し、前記架設部は、前記第２保持部材における略中央に配置されることが好ましい。
本発明の虚像表示装置では、前記一対の全反射面のうち、前記位置決め面が当接される一方の全反射面は、前記画像取込部と一体に形成されていることが好ましい。

本実施形態における虚像表示装置の外観を示す斜視図。 本実施形態における虚像表示装置の構成を示す分解斜視図。 本実施形態における導光板の構成を示す図であり、＋Ｚ軸側から導光板を見た図。 本実施形態における導光板の構成を示す図であり、導光板をＹ軸に沿う下方側から見た図。 本実施形態におけるリムの構成を示す図であり、−Ｚ軸側からリムを見た図。 本実施形態におけるリムの構成を示す図であり、＋Ｚ軸側からリムを見た図。 本実施形態における投射光学装置に対する導光板の位置決め構造を示す図。 本実施形態における投射光学装置に対する導光板の位置決め構造を示す図。 本実施形態における投射光学装置に対する導光板の位置決め構造を示す図。 本実施形態における投射光学装置に対する導光板の位置決め構造を示す図。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔１．虚像表示装置の構成〕
図１は、虚像表示装置１の外観を示す斜視図である。
図２は、虚像表示装置１の構成を示す分解斜視図である。
なお、図１及び図２では、説明の便宜上、後述する投射レンズ８１の光軸Ａｘ（図２）に平行となる軸をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する水平軸をＸ軸、Ｚ軸に直交する鉛直軸をＹ軸とする。以降の図も同様である。また、Ｚ軸において、観察者側を−Ｚ軸側、観察者から離間する側を＋Ｚ軸側とする。
そして、図１及び図２は、−Ｚ軸側から見た図である。また、図２は、説明の便宜上、観察者の左目に対応する側のみを分解した状態を示している。

虚像表示装置１は、図１または図２に示すように、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であり、当該虚像表示装置１を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識させる。また、本実施形態の虚像表示装置１は、外界像をシースルーで観察させることができるシースルー型の虚像表示装置で構成されている。
この虚像表示装置１は、図１または図２に示すように、画像形成装置２（図２）と、導光板３と、第２保持部材としてのリム４と、画像形成装置２を覆いリム４に対して固定されるカバー５と、カバー５に対して取り付けられるテンプル６とを備える。
なお、画像形成装置２、導光板３、カバー５、及びテンプル６は、図１または図２に示すように、虚像表示装置１を装着する観察者の左目及び右目にそれぞれ対応して一対設けられ、ＹＺ平面を基準として対称（左右対称）となるように配設されている。
一対の画像形成装置２、一対の導光板３、一対のカバー５、及び一対のテンプル６については、左右で同一の構成を有しているため、以下では、観察者の左目に対応する側のみを説明する。

〔２．画像形成装置の構成〕
画像形成装置２は、画像光を形成して投射する部材であり、図２に示すように、表示素子７と、投射光学装置８とを備える。
表示素子７は、図２に示すように、入射した光を変調して画像光を形成する透過型の液晶表示デバイス７１と、液晶表示デバイス７１の光入射側に取り付けられ、液晶表示デバイス７１に対して光を出射するバックライト７２とを備える。
投射光学装置８は、図２に示すように、表示素子７から出射された画像光を平行光として投射する投射レンズ８１と、投射レンズ８１を内部に収納する第１保持部材としての鏡筒８２とを備える。
そして、表示素子７は、取付部材７Ａ（図２）を介して、鏡筒８２における−Ｚ軸側の端面に固定される。

〔３．導光板の構成〕
図３は、導光板３の構成を示す図である。具体的に、図３（Ａ）は＋Ｚ軸側から導光板３を見た図であり、図３（Ｂ）は導光板３をＹ軸に沿う下方側から見た図である。
導光板３は、光透過性を有する樹脂材料等から構成され、画像形成装置２から投射された画像光を内部に取り込んだ後、外部の所定位置（観察者の左目または右目）に導く。
この導光板３は、図２または図３に示すように、画像取込部３１と、全反射部３２と、画像取出部３３とが一体形成されたものであり、Ｙ軸に沿う方向から見た場合に略等脚台形状に形成されている。
画像取込部３１は、図２または図３に示すように、Ｙ軸に沿って延びる略三角柱状に形成され、虚像表示装置１を組み立てた状態で、他方の導光板３から離間する側に位置付けられる。
そして、画像取込部３１は、虚像表示装置１を組み立てた状態で、投射レンズ８１に対向して配設され、投射レンズ８１から投射された画像光を導光板３内部に取り込む。

この画像取込部３１の外面には、図３に示すように、光入射面３１１と、第１反射面３１２とが形成されている。
光入射面３１１は、ＸＹ平面に平行となる平坦状に形成され、投射レンズ８１に対向して当該投射レンズ８１から投射された画像光が入射される面である。
第１反射面３１２は、光入射面３１１に対向し、ＸＹ平面に対して傾斜する平坦状の斜面にアルミ蒸着等の成膜を施すことにより形成され、光入射面３１１を介して画像取込部３１内部に取り込まれた画像光を全反射部３２に向けて反射させる。

全反射部３２は、図２または図３に示すように、ＸＹ平面に沿って延出する矩形板体形状を有し、画像取込部３１に一体形成されている。
そして、全反射部３２は、図３に示すように、第１全反射面３２１及び第２全反射面３２２を有し、第１反射面３１２にて反射された画像光を第１，第２全反射面３２１，３２２での全反射により画像取込部３１から離間する方向（他方の導光板３に近接する側）に導く。
第１全反射面３２１は、光入射面３１１を延長させた（ＸＹ平面に平行となる（光軸Ａｘに直交する））平面で構成され、−Ｚ軸側に位置する。
第２全反射面３２２は、第１全反射面３２１に平行となる平坦状に形成され、＋Ｚ軸側に位置する。
なお、第１，第２全反射面３２１，３２２としては、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により画像光を全反射させて導くものに限らず、第１，第２全反射面３２１，３２２の全体または一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、第１，第２全反射面３２１，３２２の全体または一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射させる場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第１，第２全反射面３２１，３２２の全体または一部がコートされていてもよい。

画像取出部３３は、図２または図３に示すように、画像取込部３１と同様のＹ軸に沿って延びる略三角柱形状を有し、全反射部３２に一体形成され、虚像表示装置１を組み立てた状態で他方の導光板３に近接する側に位置付けられる。
そして、画像取出部３３は、全反射部３２にて導かれた画像光を反射により外部の所定位置（観察者の左目または右目）に導く。
この画像取出部３３の外面には、図３に示すように、光出射面３３１と、第２反射面３３２とが形成されている。

光出射面３３１は、第１全反射面３２１を延長させた平面で構成されている。
第２反射面３３２は、光出射面３３１に対向し、ＸＹ平面に対して傾斜する平坦状に形成され、全反射部３２にて導かれた画像光を反射により外部の所定位置（観察者の左目または右目）に導く。
この第２反射面３３２は、ハーフミラー等で構成され、画像光を反射するとともに、外界像も透過可能に構成されている。
なお、画像取出部３３としては、全反射部３２にて導かれた画像光を外部の所定位置に導く機能を有していれば、ハーフミラー等の第２反射面３３２に限らず、偏光ビームスプリッターや、ホログラム回折格子等を採用しても構わない。
そして、上述した導光板３の上下端部（Ｙ軸方向の両端部）には、図２または図３に示すように、上下にそれぞれ突出するとともに、Ｘ軸に沿って延出する張出部３４がそれぞれ形成されている。

〔４．リムの構成〕
図４は、リム４の構成を示す図である。具体的に、図４（Ａ）は−Ｚ軸側からリム４を見た図であり、図４（Ｂ）は＋Ｚ軸側からリム４を見た図である。
リム４は、光透過性を有する樹脂材料等から構成され、左右対称となる形状を有し、一対の導光板３の画像取出部３３同士が互いに近接する状態で一対の導光板３を保持する（一体化する）。
このリム４は、図２または図４に示すように、上フレーム部４１と、一対の下フレーム部４２と、架設部４３とが一体形成されたものである。
上フレーム部４１は、Ｘ軸に沿って延びる断面略矩形状の部材であり、一対の導光板３の上方側を支持する。
この上フレーム部４１の−Ｚ軸側の端面において、一対の下フレーム部４２にそれぞれ対向する左右両側には、図４（Ａ）に示すように、一対の導光板３における上方側に設けられた各張出部３４の外形形状に対応した上凹部４１１が形成されている。

一対の下フレーム部４２は、Ｘ軸に沿って延びる断面略矩形状の部材であり、上フレーム部４１に対して下方側に配設されるとともに、互いにＸ軸に沿って並設され、一対の導光板３の下方側をそれぞれ支持する。
これら一対の下フレーム部４２の−Ｚ軸側の端面には、図２または図４（Ａ）に示すように、一対の導光板３における下方側に設けられた各張出部３４の外形形状に対応した下凹部４２１がそれぞれ形成されている。

架設部４３は、リム４の中央部分に位置し、上フレーム部４１及び一対の下フレーム部４２間に架設されている。
この架設部４３には、図２または図４に示すように、一対の下フレーム部４２の間から上方側にかけてＺ軸に沿う方向から見て略円弧状に切り欠かれた切り欠き部４３１が形成されている。
そして、切り欠き部４３１には、観察者に虚像表示装置１が装着された状態で、観察者の鼻に当接する鼻パッド４３１Ａ（図１）が着脱自在に取り付けられる。
また、架設部４３における−Ｚ軸側の左右両端部には、図２または図４（Ａ）に示すように、一対の導光板３における各第２反射面３３２に対応した斜面４３２がそれぞれ形成されている。

そして、一対の導光板３は、上下の張出部３４が各凹部４１１，４２１に当接され、かつ、各第２反射面３３２が各斜面４３２に当接された状態で、接着剤等によりリム４に固定される（一体化される）。
なお、この状態では、導光板３は、上フレーム部４１、下フレーム部４２、及び架設部４３で囲まれるコ字状内側部分を埋めるように嵌合している。
また、この状態では、架設部４３は、−Ｚ軸側の端面が一対の導光板３の各第１全反射面３２１に略面一となり、＋Ｚ軸側の端面が一対の導光板３の各第２全反射面３２２に略面一となる。
そして、上述した鏡筒８２及びリム４には、投射レンズ８１に対して導光板３を位置決めする（光軸Ａｘに対する所定位置に第１反射面３１２を位置付ける）ための位置決め構造ＰＳ（図５〜図７参照）が設けられている。

〔５．位置決め構造の構成〕
図５ないし図８は、投射レンズ８１に対する導光板３の位置決め構造ＰＳを示す図である。具体的に、図５は、−Ｚ軸側から位置決め構造ＰＳを見た分解斜視図である。図６は、＋Ｚ軸側から位置決め構造ＰＳを見た分解斜視図である。図７は、リム４及び投射光学装置８を固定した状態をＹＺ平面で切断した断面図である。図８は、＋Ｚ軸側から鏡筒８２を見た模式図である。
位置決め構造ＰＳは、図５ないし図８に示すように、第１，第２係合部４１２，４２２（図５）と、第１，第２係合受け部８２１，８２２（図５、図６、図８）と、位置決め面８２３（図６〜図８）とを備える。

第１，第２係合部４１２，４２２は、図５に示すように、リム４に設けられている。
具体的に、第１係合部４１２は、上フレーム部４１において、画像取込部３１の上方側に位置し、−Ｚ軸側の端面からＺ軸に沿って突出する略円柱状に形成されている。
第２係合部４２２は、下フレーム部４２において、画像取込部３１の下方側に位置し、−Ｚ軸側の端面からＺ軸に沿って突出する略円柱状に形成されている。
そして、これら第１，第２係合部４１２，４２２は、Ｙ軸に平行となる第１の仮想線ＶＡ１上において、導光板３を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ形成されている。
なお、第１の仮想線ＶＡ１は、図５に示すように、Ｚ軸に沿う方向から見て導光板３内部での全反射による画像光の進行方向Ｒに対して直交するものである。

第１，第２係合受け部８２１，８２２は、図６または図８に示すように、鏡筒８２に設けられている。
具体的に、第１係合受け部８２１は、鏡筒８２において、＋Ｚ軸側の端面の上方側に位置し、第１係合部４１２の外径と略同一の内径を有する凹状に形成されている。
第２係合受け部８２２は、鏡筒８２において、＋Ｚ軸側の端面の下方側に位置し、第２係合部４２２の外径と略同一の幅寸法を有し、Ｙ軸に沿って延出する長穴で構成されている。
そして、これら第１，第２係合受け部８２１，８２２は、Ｙ軸（第１の仮想線ＶＡ１）に平行となる第２の仮想線ＶＡ２（図８）上に位置するように形成されている。

位置決め面８２３は、図６ないし図８に示すように、鏡筒８２に設けられている。
具体的に、位置決め面８２３は、鏡筒８２において、光軸Ａｘに沿う方向から見た場合に投射レンズ８１の周囲を囲む＋Ｚ軸側の端面であり、ＸＹ平面に平行となる平坦状に形成されている。

そして、第１，第２係合部４１２，４２２が第１，第２係合受け部８２１，８２２に挿入され、互いに係合することで、投射レンズ８１に対して、ＸＹ平面内での所望の位置（例えば、光軸Ａｘと第１反射面３１２の中心位置とが合致する位置）に導光板３が位置決めされる。
また、位置決め面８２３が第１全反射面３２１に当接する（図７）ことで、投射レンズ８１に対して＋Ｚ軸に沿う方向の所望の位置に導光板３が位置決めされる。
以上のように、位置決め構造ＰＳを利用して投射レンズ８１に対して導光板３を位置決めした後、ネジＳｃ（図５、図６）によりリム４及び鏡筒８２を固定することで、リム４及び投射光学装置８が固定される。

上述した実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、虚像表示装置１には、位置決め構造ＰＳが設けられている。
このことにより、位置決め構造ＰＳを利用して、虚像表示装置１を組み立てることで、観察者に画像を良好に観察させることができる位置関係となるように投射レンズ８１及び導光板３を位置付けることができる。
したがって、投射レンズ８１に対する導光板３の位置決めを簡単に実施できる。

また、位置決め構造ＰＳは、鏡筒８２及びリム４に設けられている。すなわち、位置決めの対象となる投射レンズ８１及び導光板３の間に介在する部材は、鏡筒８２及びリム４の２つの部材となる。
したがって、投射レンズ８１に対する導光板３の位置決めに用いる部材を最低限の数（２つ）の部材とし、位置決め構造ＰＳの簡素化が図れる。また、位置決めの対象となる投射レンズ８１及び導光板３の間に介在する部材の数を最低限の数とすることができるため、投射レンズ８１に対する導光板３の位置決めを精度良く実施できる。

また、導光板３が画像取込部３１、全反射部３２、及び画像取出部３３を備えるので、表示素子７に形成された画像の他、外界像をも観察者に観察させることができ、シースルー型の虚像表示装置１を構成することができる。

さらに、画像形成装置２及び導光板３は、観察者の両目に対応させて、それぞれ一対設けられている。そして、リム４は、観察者の両目に対応した一対の導光板３を一体化する。
このことにより、一対の導光板３に対応させてリム４を一対設ける構成と比較して、一対の鏡筒８２と単体のリム４とに位置決め構造ＰＳを設けることで、構造の簡素化が図れるとともに、一対の投射レンズ８１に対する一対の導光板３のそれぞれの位置決めを簡単に実施できる。

また、位置決め構造ＰＳが第１，第２係合部４１２，４２２及び第１，第２係合受け部８２１，８２２を備えるので、第１，第２係合部４１２，４２２及び第１，第２係合受け部を互いに係合させるだけで、投射レンズ８１に対して、光軸Ａｘに直交するＸＹ平面内の所望の位置に導光板３を簡単に位置決めすることができる。
さらに、第１，第２係合部４１２，４２２がＹ軸に平行となる仮想線上に位置し、第１，第２係合受け部８２１，８２２もＹ軸に平行となる仮想線上に位置する。そして、第２係合受け部８２２は、Ｙ軸方向に延びる長穴で構成されている。
このことにより、第１，第２係合部４１２，４２２間の寸法が設計上の寸法に対して誤差のある寸法であった場合でも、投射レンズ８１に対して、ＸＹ平面内の所望の位置に導光板３を位置決めすることができる。
また、第２係合受け部８２２が長穴で構成されているので、リム４における材料の熱収縮により第１，第２係合部４１２，４２２間の寸法が変化した場合であっても、当該熱収縮による第１，第２係合部４１２，４２２間の寸法変化を第２係合受け部８２２にて吸収できる。

また、第１，第２係合部４１２，４２２（第１，第２係合受け部８２１，８２２）は、Ｚ軸に沿う方向から見て導光板３内部での画像光の進行方向Ｒに直交する第１の仮想線ＶＡ１（第２の仮想線ＶＡ２）上において、導光板３を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ設けられている。
このことにより、導光板３内部を進行する画像光に干渉しない位置で、投射レンズ８１に対して、ＸＹ平面内の所望の位置に導光板３を良好に位置決めすることができる。

また、位置決め構造ＰＳが位置決め面８２３を備えるので、位置決め面８２３を第１全反射面３２１に当接させるだけで、投射レンズ８１に対して、光軸Ａｘに沿う方向の所望の位置に導光板３を簡単に位置決めすることができる。
さらに、第１全反射面３２１は、高精度な平面度を有するように形成されていることから、第１全反射面３２１を投射レンズ８１に対する導光板３の位置決めに利用することで、位置決め構造ＰＳの簡素化が図れるとともに、投射レンズ８１に対する導光板３の位置決めを高精度に実施できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、虚像表示装置１は、画像形成装置２及び導光板３が観察者の両目に対応させてそれぞれ一対設けられていたが、これに限らず、一対の画像形成装置２のうち一方の画像形成装置２を省略し、画像を片眼視する構成としても構わない。
前記実施形態では、虚像表示装置１は、透過型の液晶表示デバイス７１を採用していたが、これに限らず、その他の構成、例えば、反射型の液晶表示デバイスや、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を採用しても構わない。
前記実施形態では、虚像表示装置１がヘッドマウントディスプレイで構成されていたが、これに限らず、虚像表示装置をヘッドアップディスプレイで構成しても構わない。
前記実施形態では、第１，第２係合部４１２，４２２がリム４に設けられ、第１，第２係合受け部８２１，８２２が鏡筒８２に設けられていたが、逆に、第１，第２係合部を鏡筒に設け、第１，第２係合受け部をリムに設けても構わない。

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置に利用できる。

１・・・虚像表示装置、３・・・導光板、４・・・リム（第２保持部材）、７・・・表示素子、３１・・・画像取込部、３２・・・全反射部、３３・・・画像取出部、８１・・・投射レンズ、８２・・・鏡筒（第１保持部材）、３２１・・・第１全反射面、３２２・・・第２全反射面、４１２・・・第１係合部、４２２・・・第２係合部、８２１・・・第１係合受け部、８２２・・・第２係合受け部（長穴）、８２３・・・位置決め面、Ａｘ・・・光軸、ＰＳ・・・位置決め構造、Ｒ・・・進行方向、ＶＡ１・・・第１の仮想線、ＶＡ２・・・第２の仮想線。

Claims (12)

1. 画像光を出射する表示素子と、
   前記表示素子からの画像光を投射する投射レンズと、
   前記投射レンズを保持する第１保持部材と、
   前記投射レンズからの画像光を内部に取り込んだ後、外部の所定位置に導く導光板と、
   前記導光板を保持する第２保持部材と、
   前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行うための位置決め構造と、を備え、
   前記導光板は、
   前記投射レンズからの画像光を前記導光板内部に取り込む画像取込部と、
   前記導光板内部に取り込まれた画像光を一対の全反射面での全反射により前記画像取込部から離間する方向に導く全反射部と、
   前記全反射部にて導かれた画像光を外部の前記所定位置に導く画像取出部と、を有し、
   前記位置決め構造は、前記第１保持部材に位置する平坦状の位置決め面を有し、
   前記位置決め面は、前記全反射面に当接することで、前記投射レンズに対する前記導光板の前記投射レンズの光軸に沿った方向の位置決めを行い、
   前記位置決め構造は、前記第１保持部材及び前記第２保持部材に設けられることで前記光軸に直交する平面内での前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行う
   ことを特徴とする虚像表示装置。
2. 請求項１に記載の虚像表示装置において、
   前記導光板は、前記投射レンズに対向して配設され、
   前記一対の全反射面は、前記投射レンズの前記光軸に直交する平坦状に形成されて互いに平行であり、
   前記位置決め面は、前記光軸に直交している
   ことを特徴とする虚像表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置において、
   前記位置決め面は、前記第１保持部材において、前記投射レンズの周囲を囲む端面であり、前記投射レンズの光軸に直交する平坦状に形成されている
   ことを特徴とする虚像表示装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の虚像表示装置において、
   前記表示素子、前記投射レンズ、前記第１保持部材、及び前記導光板は、それぞれ一対設けられ、
   前記第２保持部材は、各前記導光板を一体化する
   ことを特徴とする虚像表示装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の虚像表示装置において、
   前記位置決め構造は、
   前記第１保持部材及び前記第２保持部材のいずれか一方から前記投射レンズの光軸に沿って他方に向けて突出する係合部と、
   前記他方に設けられ、前記係合部に係合する係合受け部とを備え、
   前記係合部及び前記係合受け部は、
   互いに係合することで、前記光軸に直交する平面内での前記投射レンズに対する前記導光板の位置決めを行う
   ことを特徴とする虚像表示装置。
6. 請求項５に記載の虚像表示装置において、
   前記係合部は、
   第１の仮想線上にそれぞれ設けられた第１係合部及び第２係合部を備え、
   前記係合受け部は、
   前記第１の仮想線に平行となる第２の仮想線上にそれぞれ設けられ、前記第１係合部及び前記第２係合部がそれぞれ嵌合する第１係合受け部及び第２係合受け部を備え、
   前記第２係合受け部は、
   前記第２の仮想線に沿って延びる長穴で構成されている
   ことを特徴とする虚像表示装置。
7. 請求項６に記載の虚像表示装置において、
   前記第１の仮想線は、
   前記投射レンズの光軸に沿う方向から見て、前記導光板内部での画像光の進行方向に対して直交し、
   前記第１係合部及び前記第２係合部は、
   前記導光板を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ設けられている
   ことを特徴とする虚像表示装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の虚像表示装置において、
   前記第２保持部材に固定され、前記表示素子、前記投射レンズ及び前記第１保持部材を覆うカバーと、
   前記カバーに取り付けられるテンプルと、を備える
   ことを特徴とする虚像表示装置。
9. 請求項８に記載の虚像表示装置において、
   前記表示素子、前記投射レンズ、前記第１保持部材、前記カバー及び前記テンプルは、それぞれ一対設けられている
   ことを特徴とする虚像表示装置。
10. 請求項９に記載の虚像表示装置において、
    前記表示素子を前記第１保持部材における前記導光板とは反対方向側の端面に取り付ける取付部材を有する
    ことを特徴とする虚像表示装置。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の虚像表示装置において、
    前記第２保持部材は、
    一対の前記導光板のそれぞれの一端側を支持する第１フレーム部と、
    一対の前記導光板のそれぞれの他端側を支持する第２フレーム部と、
    前記第１フレーム部及び前記第２フレーム部の間に架設される架設部と、を有し、
    前記架設部は、前記第２保持部材における略中央に配置される
    ことを特徴とする虚像表示装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置において、
    前記一対の全反射面のうち、前記位置決め面が当接される一方の全反射面は、前記画像取込部と一体に形成されている
    ことを特徴とする虚像表示装置。

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