JP6471784B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示素子等によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置に関し、特に観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに好適な虚像表示装置及び小型のプロジェクターに関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置に組み込まれる光学系として様々なものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

ＨＭＤ等の虚像表示装置については、小型化及び軽量化を進展させつつ、画質を低下させないで広画角化を達成することが望まれている。また、観察者の視界を全て覆ってしまい映像光のみが見える状態にしてしまうと、観察者に外界の状態が判らず不安を与えてしまう。むしろ、外界と映像を重ねて見せるシースルーとすることによって、仮想現実の様な新しい用途が生み出される。このため、外界の視界を妨げず、映像光を重ねて表示するディスプレイが望まれている。

以上の状況を考慮して、例えば複数の自由曲面を有し観察者の眼前にシースルーで配置される透視型のプリズムによって導光装置を構成することで、眼鏡の形態に近づけて観察者の装着感を向上させ、見た目のフォルムを良くすることができる。この場合、画像を視認させるための光学系については、例えば頭部側面に配置された表示素子と投射光学装置とで形成される映像光を、透視型のプリズムで眼前まで導光する態様が考えられる。

しかしながら、虚像表示装置の小型化を図る上で、特に光学系に部品を固定するに際して組付け部分に大きなスペースを要することが問題となってきている。また、小型化を図ることは、プロジェクターにおいても望まれている。例えば、引用文献１〜４の場合、液晶表示デバイスを含む表示素子を投射光学装置に取り付けるために取付部材を設けている。この際、取付部材の外端部の四隅等にピンと孔とを有する嵌合部（例えば、引用文献１の図２や引用文献２の図５等参照）によってクリアランスを設けた状態で接着を行うことが一般的に知られており、この方法は、投射光学系等でのバラツキを、投射光学系と液晶表示デバイスとのアライメント時に補正する（バラツキを吸収させる）技術として確立されている。しかしながら、このような方法では、光学的な機能を有する部分の外側に大きな取付箇所を設けることが必須であるため、装置の小型化に限界がある。従って、例えばＨＭＤの装着時の負担を軽くすることや見た目のフォルムを良くすること等の種々の観点から装置のさらなる小型化が要請される場合には、上記の方法では、十分に対応できなくなる可能性がある。このような映像素子の小型化の要請への対応の問題については、ＨＭＤ等の虚像表示装置に限らず、例えばプロジェクターの表示素子の小型化がさらに進んだ場合においても同様に生じる可能性がある。

特開２０１２−１６３６４０号公報 特開２００４−２９４８９３号公報 特開２００６−１７１２６８号公報 特許第３６１７５２７号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、簡易かつ確実に装置のアライメントを可能とし、かつ、装置の小型化を図ることができる虚像表示装置及びプロジェクターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る虚像表示装置は、映像素子と、映像素子を収納して支持する映像素子ケースと、映像素子からの光を投射する投射光学系と、投射光学系の少なくとも一部を収納して支持するとともに接着により映像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、映像素子ケースと鏡筒とのうち一方は、他方側に突出するように設けられて他方との接着に際しての接着領域を形成する板状部分を有し、映像素子ケースと鏡筒とのうち他方は、板状部分に対応して設けられ接着領域を形成する平面部分を含み当該平面部分において板状部分と協働して映像素子と投射光学系との相対位置を調整可能にしつつ接着する接続部を有する。

上記虚像表示装置では、板状部分と接続部とによって、映像素子と投射光学系との相対的な位置を調整しながら、映像素子を収納する映像素子ケースと投射光学系を収納する鏡筒とを接着させることができる。従って、投射光学系での製造誤差等に伴ってバラツキが発生しても、投射光学系と液晶表示デバイスとのアライメント時において上記のバラツキを補正して、確実な装置のアライメントを行うことが可能となる。この場合、例えば映像素子等の外端部の四隅等にピンと孔とでクリアランスを設ける嵌合部等によってアライメントを行う場合に比べて、装置の小型化を図ることができ、かつ、簡易な構造にできる。

本発明の具体的な側面では、板状部分及び平面部分が、鏡筒における光軸に対して略平行にそれぞれ延びている。ここで、光軸に対して略平行とは、接着箇所である板状部分や平面部分の表面が光軸に対して完全に平行である場合のみならず、各表面がアライメントに影響を及ぼさない範囲で多少の傾きをそれぞれ有している場合も含まれることを意味する。この場合、板状部分と平面部分とが光軸に対して略平行にそれぞれ延びていることで、取付箇所（接着箇所）を光軸に垂直な方向に広げることなく接着領域を形成することができる、すなわち接着面を確保することができる。

本発明の別の側面では、板状部分が、映像素子ケースの一部として鏡筒側に延びるように形成され、平面部分が、鏡筒の側面の一部として形成される。この場合、平面部分である鏡筒の側面に沿ってこれを覆うように板状部分が延びるものとなり、光学部分に影響を与えることなく確実に接着領域を確保できる。

本発明のさらに別の側面では、鏡筒は、接続部において複数の平面部分を有するとともに当該平面部分の間に段差状部分を形成している。この場合、段差状部分があることで、接着領域において接着剤をとどまりやすくして、接着部を確実に形成させることができる。

本発明のさらに別の側面では、板状部分が、スリット状部分を有し、接続部が、スリット状部分に対応して設けられる凸状リブを有する。この場合、スリット状部分と凸状リブとによって接着代（接着面積）を増やすことができ、接着状態をより強固にできる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子ケースが、映像素子を収納する本体部分と本体部分の両端から鏡筒側にそれぞれ延びる一対の対向する板状部分とを有するＵ字形状である。この場合、板状部分が映像素子ケースの両端から対向して延びる一対の構成となっていることで、これらによって両端側から鏡筒を挟んで確実な接着を行うことができる。また、Ｕ字形状であることで、例えば板状部分を有しない側方側から紫外光の照射による接着剤の硬化が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子は、装着時に観察者の側頭部に配置され、映像素子ケースにおいて、一対の対向する板状部分を有し、板状部分は、観察者の眼が並ぶ横方向に垂直な縦方向に相当する垂直方向について、本体部分の両端から鏡筒側にそれぞれ延びている。この場合、デザイン性の観点等から特にコンパクト化を図りたい観察者の眼が並ぶ横方向について、組付けに伴う装置の大型化を回避できる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子ケースと鏡筒とは、板状部分と接続部とで形成される接着領域において紫外線硬化性樹脂によって接着される。この場合、紫外光の照射によって、接着固定を必要な時に短時間で行うことができるので、平面部分を含む接続部と板状部分とによる簡易な構造であっても、投射光学系と液晶表示デバイスとのアライメント時において補正をし、補正がなされた状態において短時間に確実に接着を行うことが可能になる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子は、照明光を空間的に変調して映像光を形成する液晶表示デバイスである。この場合、液晶表示デバイスにより小型であっても高精細な映像を形成でき、例えばカラーフィルターを用いたカラー画像を映し出すことができる。

本発明のさらに別の側面では、鏡筒は、光射出側に導光装置と連結し、投射光学系から導光装置までの光学系を一体化させる連結部分を有する。この場合、鏡筒は、虚像を形成するための全光学系を一体的に組付け可能となる。

本発明のさらに別の側面では、板状部分及び平面部分が、鏡筒を介して導光装置に連結された状態において映像素子の位置を調整可能にする。この場合、例えば投射光学系と導光装置との組付けに際して製造誤差等に伴ってバラツキが発生しても、このバラツキを映像素子と鏡筒とのアライメントにおいて補正することができる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子ケースと鏡筒とが、板状部分と平面部分との間に観察者の眼が並ぶ横方向に相当する水平方向及び当該横方向に垂直な縦方向に相当する垂直方向について調整を可能にする調整代を形成する調整構造部分を有している。この場合、映像素子ケースと鏡筒との組付けにおいて、観察者の眼の位置を想定して水平方向や垂直方向について調整することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクターは、映像素子と、映像素子を収納して支持する映像素子ケースと、映像素子からの光を投射する投射光学系と、投射光学系の少なくとも一部を収納して支持するとともに接着により映像素子ケースに接続される鏡筒とを備え、映像素子ケースと鏡筒とのうち一方は、他方側に突出するように設けられて他方との接着に際しての接着領域を形成する板状部分を有し、映像素子ケースと鏡筒とのうち他方は、板状部分に対応して設けられ接着領域を形成する平面部分を含み当該平面部分において板状部分と協働して映像素子と投射光学系との相対位置を調整可能にしつつ接着する接続部を有する。

上記プロジェクターでは、板状部分と接続部とによって、映像素子と投射光学系との相対的な位置を調整しながら、映像素子を収納する映像素子ケースと投射光学系を収納する鏡筒とを接着させることができる。従って、投射光学系での製造誤差等に伴ってバラツキが発生しても、投射光学系と液晶表示デバイスとのアライメント時において上記のバラツキを補正して、確実な装置のアライメントを行うことが可能となる。この場合、例えば映像素子等の外端部の四隅等にピンと孔とでクリアランスを設ける嵌合部等によってアライメントを行う場合に比べて、装置の小型化を図ることができ、かつ、簡易な構造にできる。

本発明の具体的な側面では、板状部分及び平面部分が、鏡筒における光軸に対して略平行にそれぞれ延びている。この場合、板状部分と平面部分とが光軸に対して略平行にそれぞれ延びていることで、取付箇所（接着箇所）を光軸に垂直な方向に広げることなく接着領域を形成することができる、すなわち接着面を確保することができる。

本発明の一実施形態である虚像表示装置の外観を説明する斜視図である。 虚像表示装置から外装部材やプロテクターを取り除いた内部構造を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１表示装置に組み込まれている導光部又は光学部材の外観を説明する斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、虚像表示装置のうち導光部材及び投射レンズのフレームへの固定方法を説明する分解斜視図である。 （Ａ）は、第１表示装置の外観及び構造を説明する斜視図であり、（Ｂ）は、第１表示装置を（Ａ）とは異なる方向から見た状態の斜視図である。 （Ａ）は、鏡筒と映像素子ケースとの組付部分の構造を説明する斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）とは異なる方向から組付部分を見た状態の斜視図である。 （Ａ）は、鏡筒と映像素子ケースとの接合について説明するための模式的な断面図であり、（Ｂ）は、模式的な側面図であり、（Ｃ）は、模式的な平面図である。 （Ａ）は、接着前の鏡筒を示す図であり、（Ｂ）は、接着剤を塗布された鏡筒と映像素子ケースとを示す図であり、（Ｃ）は、接着された鏡筒と映像素子ケースとを示す図である。 虚像表示装置を構成する第１表示装置の上下に関する対称面における断面図である。 プロジェクターの一例を模式的に示す図である。

以下、図１等を参照しつつ、本発明に係る虚像表示装置の一実施形態について詳細に説明する。

図１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であり、この虚像表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、両光学部材１０１ａ，１０１ｂを支持する枠部１０２と、枠部１０２の左右両端から後方のつる部分（テンプル）１０４にかけての部分に付加された第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、図面上で左側の第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。

図２は、虚像表示装置１００の内部構造を示している。なお、図２を図１と比較することで、虚像表示装置１００の外観と内部とが対比される。また、図４は、図２の右半分に対応し、虚像表示装置１００の第１表示装置１００Ａ側を部分的に拡大した斜視図である。

図１等に示すように、虚像表示装置１００に設けた枠部１０２は、上側に配置されるフレーム１０７と下側に配置されるプロテクター１０８とを備える。枠部１０２のうち、上側のフレーム１０７は、Ｕ字状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、左右の横方向（Ｘ方向）に延びる正面部１０７ａと、前後の奥行き方向（Ｚ方向）に延びる一対の側面部１０７ｂ，１０７ｃとを備える。フレーム１０７、すなわち正面部１０７ａと側面部１０７ｂ，１０７ｃとは、アルミダイカストその他の各種金属材料で形成された金属製の一体部品である。正面部１０７ａの奥行き方向（Ｚ方向）の幅は、第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂに対応する導光装置２０の厚み又は幅よりも十分に厚いものとなっている。また、図２に示すように、フレーム１０７の左側方、具体的には正面部１０７ａにおける向かって左端部から側面部１０７ｂにかけての部分である側方端部６５ａには、第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとがアライメントされネジ止めよって直接固定されることによって支持されている。また、フレーム１０７の右側方、具体的には正面部１０７ａにおける向かって右端部から側面部１０７ｃにかけての部分である側方端部６５ｂには、第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとがアライメントされネジ止めによって直接固定されることによって支持されている。なお、第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとは、嵌合によって互いにアライメントされ、第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとは、嵌合によって互いにアライメントされる。

また、図２に示すように、表示装置１００Ａ，１００Ｂは、見方を変えれば、投影用の光学系である投射透視装置７０と、映像光を形成する画像表示装置８０とをそれぞれ備える。投射透視装置７０は、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂによって形成された画像を虚像として観察者の両眼にそれぞれ投射する役割を有する。投射透視装置７０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０と、結像用の投射レンズ３０とをそれぞれ備える。なお、詳しくは図３を参照して後述するが、導光装置２０は、導光部材１０と光透過部材５０とによって構成されている。

画像表示装置８０は、透過型の空間光変調装置である映像表示素子（映像素子）８２のほか、映像表示素子８２へ照明光を射出するバックライトである照明装置８１や、映像表示素子８２等の動作を制御する駆動制御部（不図示）を有する。映像表示素子８２は、映像素子ケース８６に収納されており、映像素子ケース８６を介して結像用の投射レンズ３０を収納する鏡筒３９に組付けされている。なお、画像表示装置８０のうち照明装置８１や不図示の駆動制御部について詳しくは、図９において後述する。

図１に戻って、プロテクター１０８は、アンダーリム状の部材であり、フレーム１０７に固定されている。プロテクター１０８の中央部１０８ｇは、フレーム１０７の中央部１０７ｇ（図２参照）に嵌合及びネジ止めによって固定されている。プロテクター１０８は、２段のクランク状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、金属材料又は樹脂材料で形成された一体部品である。プロテクター１０８の奥行き方向（Ｚ方向）の幅は、導光装置２０の厚み又は幅程度となっている。

フレーム１０７は、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂを支持するだけでなく、カバー状の外装部材１０５ｄと協働して第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂの内部を保護する役割を有する。プロテクター１０８は、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂに連結される第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ又は導光装置２０の側辺部や下辺部を保護する役割を有する。具体的には、プロテクター１０８の縦部分６３ａは、導光装置２０の周囲部分のうち鼻に近い内側の側辺部を使用環境下に存在する周囲の様々な物体から保護し、プロテクター１０８の横部分６３ｂは、導光装置２０の周囲部分のうち下側の下辺部を使用環境下にある周囲の様々な物体から保護する。つまり、フレーム１０７やプロテクター１０８が十分な強度を有すれば、虚像表示装置１００が周囲の他の物体と衝突等しても、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂや第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ、特に露出する導光装置２０において損傷や位置ずれが発生する可能性を低減できる。

プロテクター１０８の中央部１０８ｇに近い一対の縦部分６３ａには、パッド状の鼻当て部材１０８ａがそれぞれ形成されている。プロテクター１０８の縦部分６３ａや横部分６３ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂに連結される根元側を除いた導光装置２０の長円状の周囲部分と離間するか又は緩く接している。なお、導光装置２０の周囲部分は、フレーム１０７の正面部１０７ａとも離間するか又は緩く接している。このように、第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂ又は導光装置２０は、根元側を除いたＣ字状の周囲部分でフレーム１０７及びプロテクター１０８に近接するが、フレーム１０７及びプロテクター１０８に固定されていない。このため、中央の導光装置２０と、フレーム１０７及びプロテクター１０８を含む枠部１０２との間に熱膨張率の差があっても、枠部１０２内での導光装置２０の膨張が許容され、導光装置２０に歪み、変形、破損が生じることを防止できる。

図３に示すように、導光部材１０と光透過部材５０とは、互いに固定されて一体的な導光装置２０を構成している。導光装置２０は、映像の光を内部で反射させつつ観察者の眼に導くプリズム状の部材である。導光装置２０のうち周囲部分に囲まれた本体部分は、長円状の輪郭を有する。ここで、光透過部材５０は、プリズム型の部材である導光部材１０の先端側、すなわち射出側又は光射出側の第１導光部分１１に連結するようにその延長方向に配置され、接着剤を利用した接合によって第１導光部分１１に固定されている。導光部（光学部材）２０の周囲部分のうち、フレーム１０７に近い上辺側には、第１のリブ１０ｎが形成され、プロテクター１０８に近い下辺側には、第２のリブ１０ｏが形成されている。上辺側の第１のリブ１０ｎは、複数のリブ部分（凸部）１０ｐと複数の拡幅部（凸部）１０ｑとを交互に連結した構造を有し、全体として導光装置２０の縁に沿って直線的に細長く延びている。このうち、前者のリブ部分（凸部）１０ｐは、第１導光部分１１及び光透過部材５０に付随して設けられており、これらの部材のアライメント等を可能にする。後者の拡幅部１０ｑは、第１導光部分１１及び光透過部材５０を射出成形するための金型のゲートに相当する部分である。拡幅部１０ｑについては、ゲートに限らず、第１導光部分１１及び光透過部材５０に対して特別の形状として転写・成形したものとすることもできる。第１のリブ１０ｎは、詳細は後述するが、フレーム１０７に設けられている制限部１０７ｎ（図４（Ｂ）参照）に係止される係止部であり、この第１のリブ（係止部）１０ｎの存在により、導光装置２０の奥行き方向（Ｚ方向）に関する変位が制限される。ここで、制限部に係止されるとは、機械的に止められることを意味し、凹凸の嵌め合わせに限らず、留め具による連結、移動阻止用の１つ以上の突起の設置、移動を特定方向に関して制限するガイド等の様々な手段を広く含むものとする。

図４（Ａ）及び４（Ｂ）等を参照して、第１表示装置１００Ａのフレーム１０７への組付けについて説明する。第１像形成本体部１０５ａを構成する投射レンズ３０は、これを収納する鏡筒３９に埋め込むように形成された取付部３９ｇを利用してフレーム１０７の側方端部６５ａに設けた第１固定部６１ｆに直接固定されている。このような固定の際、第１固定部６１ｆの裏面６８ｆと取付部３９ｇの上端面３９ｆ等とが当接してアライメントが達成され、ネジ孔６１ｓを介してネジ６１ｔを取付部３９ｇにねじ込むことで着脱可能で確実な固定が可能になる。この際、フレーム１０７のボス孔６１ｘに鏡筒３９に設けたボス３９ｘが嵌合して鏡筒３９の回転が規制され回転に関する位置決めも行われる。一方、第１光学部材１０１ａである導光装置２０は、そのネック部に形成された突起状の取付部１０ｇを利用して、フレーム１０７の側方端部６５ａに設けた第２固定部６１ｅに直接固定されている。取付部１０ｇは、導光装置２０の入射側又は光入射側の部分、具体的には第１導光部分１１と第２導光部分１２との境界周辺において周囲に拡張するように立設されている。このような固定の際、第２固定部６１ｅの前側部分に設けた突当て面６８ｅと取付部１０ｇの裏面１０ｋとが当接してアライメントが達成され、ネジ孔６１ｕを介してネジ６１ｖをネジ孔１０ｕにねじ込むことで着脱可能で確実な固定が可能になる。

導光装置２０は、導光部材１０の第２導光部分１２側の先端部１２ｊが投射レンズ３０を収納する鏡筒３９の前端側に設けられて開口する矩形枠状の係止部材３９ａに嵌合することで投射レンズ３０に対して位置決めされた状態で係止される。つまり、導光装置２０に設けた導光部材１０をフレーム１０７の第２固定部６１ｅに固定する際に、第２導光部分１２側の先端部１２ｊを鏡筒３９の係止部材３９ａ内に嵌合するように挿入する。この際、先端部１２ｊの側面１２ｍが係止部材３９ａの内面３９ｍと当接してアライメントが達成される。つまり、係止部材３９ａは、鏡筒３９において、光射出側に導光装置２０と連結し、投射レンズ３０から導光装置２０までの光学系を一体化させる連結部分である。

図４（Ｂ）に示すように、フレーム１０７の正面部１０７ａの下面１０７ｍにおいて、第２固定部６１ｅから適宜離間した中央側には、ストッパーとして溝状の制限部１０７ｎが設けられている。制限部１０７ｎは、フレーム１０７の正面部１０７ａに沿って延びる一対の対向する凸条部１０７ｒを有し、両凸条部１０７ｒに挟まれるように設けられて正面部１０７ａに沿って延びる溝１０７ｓを有する。溝１０７ｓは、複数の溝部分（凹部）１０７ｐと複数の拡幅部（凹部）１０７ｑとを交互に連結した構造を有する。第１光学部材１０１ａ又は導光装置２０の組み付け後において、制限部１０７ｎには、導光装置２０の上端部に設けた突起状のリブ１０ｎが僅かな隙間を有する遊嵌状態で挿入される。これにより、リブ（係止部）１０ｎは、溝１０７ｓに受容され、凹部及び凸部の係合を利用して溝１０７ｓを挟む一対の凸条部１０７ｒを含む制限部１０７ｎに係止される。ここで、凹部及び凸部の係合とは、凹部及び凸部が密着する嵌合に限らず、凹部及び凸部が互いに離間しつつも一定の限界以上の移動を制限する場合が含まれるものとする。

ここで、本実施形態の虚像表示装置１００は、上記のようにして導光装置２０や投射光学系である投射レンズ３０といった各光学系をアライメントが達成された状態で組み付けた後、投射レンズ３０を収納する鏡筒３９と映像素子である映像表示素子８２を収納する映像素子ケース８６とが、接着により組み付けられるものとなっている。この組付けに際して、組付け箇所である映像素子ケース８６の板状部分８７（図２参照）と鏡筒３９の接続部ＣＮとの間においてクリアランスを設けた状態にしており、表示される画像の状態を確認しながらアライメントが達成された状態を維持しつつ接着を行うことで、導光装置２０や投射レンズ３０での製造誤差等に起因するバラツキを補正し（バラツキを吸収させる）、画像を良好な状態で視認させることが可能となっている。このようなアライメントの達成によるバラツキの補正の方法については、本実施形態とは異なる態様が知られている。例えば、従来の態様の一つとして、取付部材の外端部の四隅等にピンと孔とを有する嵌合部（引用文献１の図２参照）によってアライメントを達成させる技術が確立されている。しかしながら、このような従来の方法では、光学系に映像素子等の部品を固定するに際して組付け部分として横方向に大きく出っ張るスペースを要することになり、ＨＭＤの小型化を図ることが困難となる場合がある。特に、本実施形態のように観察者の側頭部に映像素子を配置するような構成のＨＭＤの場合、デザイン的な観点や重量負担の軽減からコンパクト化（小型化）の要請がさらに求められる。これに対して、本実施形態では、組付け時の調整精度を高い状態に維持しつつ、小型化に対応可能な構造となっている。

以下、図５等を参照して、映像素子ケース８６及び鏡筒３９のうち組付部分の構造について説明する。図５（Ａ）は、第１表示装置１００Ａの外観及び構造を説明する斜視図であり、特に映像素子ケース８６と鏡筒３９との接着時の状況について示す図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態にある第１表示装置１００Ａを、図５（Ａ）とは異なる方向から見た状態の斜視図である。なお、図示のように、鏡筒３９の光軸を光軸ＡＡとする。この光軸ＡＡは、投射レンズ３０の光軸に相当するものである。図６（Ａ）は、第１表示装置１００Ａのうち鏡筒３９及び映像素子ケース８６の組付部分の構造を示すために第１表示装置１００Ａの一部を拡大して示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）とは異なる方向から組付部分を見た状態の斜視図である。なお、鏡筒３９についてここでは、映像素子ケース８６との組付け時に接続される部分である接続部ＣＮの構造について説明する。

まず、映像素子ケース８６を含む画像表示装置８０の構造について説明する。画像表示装置８０は、既述のように、照明装置８１と、映像表示素子８２とを備えており、これらは、映像素子ケース８６によって一体的に収納されている。また、図示のように、映像素子ケース８６の一端から、映像表示素子８２に接続されているパネル用配線基板８８や照明装置８１に接続されている光源用配線基板８９が延びている。なお、パネル用配線基板８８や光源用配線基板８９は、不図示の駆動制御部等に接続されている。

以下、映像素子ケース８６の構造について説明する。映像素子ケース８６は、本体部分８６ａと、板状部分８７とを有し、側面から見た場合に鏡筒３９側に空きのあるＵ字形状（又はＣ字形状）となっている。より具体的に説明すると、まず、本体部分８６ａは、映像表示素子８２を収納している。これに対して、板状部分８７は、映像素子ケース８６の一部として、本体部分８６ａの上下方向（Ｙ方向）に関する両端から鏡筒３９側にそれぞれ延びる一対の対向する平板状の部材である上側部分８７ａと下側部分８７ｂとで構成されている。上側部分８７ａ及び下側部分８７ｂは、鏡筒３９の光軸ＡＡに略平行に沿ってそれぞれ延びている。以上により、映像素子ケース８６は、本体部分８６ａと上側部分８７ａ及び下側部分８７ｂとによってＵ字形状を有するものとなっている。

また、上側部分８７ａと下側部分８７ｂとは、中央部分において、鏡筒３９側から鏡筒３９の光軸方向に沿って延びるスリット状部分ＳＬａ，ＳＬｂをそれぞれ有している。

次に、鏡筒３９のうち、接続部ＣＮの構造について説明する。接続部ＣＮは、鏡筒３９のうち光入射側の端部であり、映像素子ケース８６に接着する筒状の部分であり、鏡筒３９の側面の一部を構成する。接続部ＣＮは、平面部分３９ｐと、段差状部分ＳＴと、凸状リブＰＲａ，ＰＲｂとを有する。なお、これらはいずれも接続部ＣＮの筒状の外周に沿って設けられており、鏡筒３９の側面の一部を構成している。接続部ＣＮは、平面部分３９ｐにおいて板状部分８７と協働して映像表示素子８２と投射レンズ３０との相対位置を調整可能にしつつ接着するための部分である。

平面部分３９ｐは、鏡筒３９の側面の一部として、鏡筒３９の光軸ＡＡに略平行に沿って延びる平坦な外表面部分であり、接着時において、映像素子ケース８６の板状部分８７を構成する平板状の部材である上側部分８７ａと下側部分８７ｂとに対向するものとなっている。また、平面部分３９ｐは、複数の面部分で構成されており、各面部分の間に複数の段差状部分ＳＴが形成されている。見方を変えると、段差状部分ＳＴは、平面部分３９ｐの間に設けられた複数の溝状の部分となっている。

以上のように、映像素子ケース８６が、鏡筒３９側に突出するように設けられて鏡筒３９との接着に際しての接着領域を形成する板状部分８７を有している。これに対して、鏡筒３９が、板状部分８７に対応して設けられ接着領域を形成する平面部分３９ｐを含んでいる。板状部分８７を構成する上側部分８７ａ及び下側部分８７ｂの内表面と平面部分３９ｐ（接続部ＣＮの外表面）とは、鏡筒３９の光軸ＡＡに略平行に沿ってそれぞれ延びており、これらが取付け時における取付け箇所すなわち接着箇所となっている、つまり、接着領域を形成している。この場合、板状部分８７と平面部分３９ｐとが光軸ＡＡに対して略平行にそれぞれ延びていることで、接着箇所を光軸ＡＡに垂直な方向に広げることなく十分な大きさの接着領域を形成することができる。板状部分８７と平面部分３９ｐとにおいて、クリアランスを設けた状態とすることで、板状部分８７と接続部ＣＮとにおいて、導光装置２０や投射レンズ３０での製造誤差等に起因するバラツキの補正（バラツキの吸収）をしてアライメントを達成させつつ、接着を行い、画像を良好な状態で視認させることが可能となっている。

また、上記のように、映像素子ケース８６がＵ字形状となっていることにより、板状部分８７は、両端側から鏡筒３９の接続部ＣＮを挟んで確実な接着を行うことができる。特に、板状部分８７において、上側部分８７ａと下側部分８７ｂとは、観察者の眼が並ぶ横方向に垂直な縦方向に相当する垂直方向（Ｙ方向）について、本体部分８６ａの両端から鏡筒３９側にそれぞれ延びている。本実施形態のように、映像表示素子８２が、装着時に観察者の側頭部に配置される場合、デザイン性の観点等から特に観察者の眼が並ぶ横方向についてコンパクト化を図ることが望ましい。これに対して、上記のような構成とすることで、確実な接着を維持しつつ、横方向についての装置の大型化を回避している。

また、映像素子ケース８６がＵ字形状であることで、接着に際して、板状部分８７を有しない側方側（水平方向の側）から紫外光の照射による接着剤の硬化が可能になる。

また、上記のように、接続部ＣＮは、映像素子ケース８６との接着箇所となる部分において、板状部分８７に対向させる平面部分３９ｐのみならず、溝状の部分である段差状部分ＳＴを有している。この場合、接着時に接続部ＣＮ側に接着剤を塗布すれば、接続部ＣＮは、接着時における正確なアライメントを可能としつつ、接着領域に入り込む接着剤の流れを適切に制御できるものとなる。

また、平面部分３９ｐは、中央部分において、映像素子ケース８６側から鏡筒３９の光軸方向に沿って延びる凸状リブＰＲａ，ＰＲｂをそれぞれ有している。凸状リブＰＲａ，ＰＲｂは、上述した上側部分８７ａ及び下側部分８７ｂのスリット状部分ＳＬａ，ＳＬｂにそれぞれ対応して設けられている。つまり、凸状リブＰＲａは、スリット状部分ＳＬａに嵌合し、凸状リブＰＲｂは、スリット状部分ＳＬｂに嵌合する。これらのスリット状部分ＳＬａ，ＳＬｂと凸状リブＰＲａ，ＰＲｂとがあることによって、接着時の接着代（接着面積）を増やすことができ、映像素子ケース８６と鏡筒３９との接着状態をより強固にできる。また、この接着代は、光軸ＡＡに略平行に沿った面内に関して広がり、光軸ＡＡに垂直な方向にはほとんど広がらないものとなっている。

以下、図７等を参照して、映像素子ケース８６と鏡筒３９との接着の状態や接着の動作等に関して説明する。図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、映像素子ケース８６及び鏡筒３９の構造のうち特に接着に関する部分について説明するために、模式的に示している図であり、図７（Ａ）は、鏡筒３９と映像素子ケース８６との接着について説明するための模式的な断面図であり、図７（Ｂ）は、側面図であり、図７（Ｃ）は、平面図である。図７（Ａ）〜７（Ｃ）に示すように、接着剤ＰＴが固化することで形成される接着部ＰＰは、鏡筒３９のうち筒状の端部である接続部ＣＮの外周であるに沿って平面部分３９ｐ及び段差状部分ＳＴに沿って隙間なく充填されている。なお、接着剤ＰＴは、紫外線硬化性樹脂であり、紫外光を照射されることによって固化することで、映像素子ケース８６と鏡筒３９とを接着する。この際、図７（Ｂ）に示すように、接続部ＣＮを構成する平面部分３９ｐと板状部分８７を構成する一対の上側部分８７ａ及び下側部分８７ｂとが、互いに略平行に延びていることで、間に挟まれた接着剤ＰＴは、十分に広がり、接着力が強固なものとなっている。なお、図７（Ａ）や７（Ｃ）に示すように、段差状部分ＳＴや、凸状リブＰＲａ及びスリット状部分ＳＬａ等があることによっても、接着面積が十分に設けられ、必要に足る接着力が確保されるものとなっている。

以下、図８を参照して、接着の工程の詳細について説明する。なお、図８（Ａ）〜８（Ｃ）は、図７（Ｂ）に示す側面図に対応する図である。また、図５（Ａ）及び５（Ｂ）に示すように、この接着の工程以前において、鏡筒３９には既に導光装置２０が取付けられている、すなわち、投射レンズ３０が鏡筒３９を介して導光装置２０に連結された状態となっているが、ここでは、図示を省略している。まず、図８（Ａ）に示すように、鏡筒３９が準備され、次に、図８（Ｂ）に示すように、鏡筒３９の接続部ＣＮのうち、平面部分３９ｐ及び段差状部分ＳＴに接着部ＰＰとなるべき接着剤ＰＴが塗布される。次に、鏡筒３９の光軸ＡＡに沿って板状部分８７を接続部ＣＮに対向させた状態にある映像素子ケース８６が鏡筒３９側に近づけられる。次に、図８（Ｃ）に示すように、板状部分８７を構成する上側部分８７ａと下側部分８７ｂとがこれらに対応して設けられた平面部分３９ｃと協働して接着剤ＰＴを挟むようにして接着される。つまり、板状部分８７と平面部分３９ｃとによって形成される接着領域に接着剤ＰＴが充填されていく。この過程において、映像素子ケース８６内に収納された映像表示素子８２から射出された画像光である映像光が投射レンズ３０や導光装置２０を介して投影される画像を確認しつつ、位置調整がなされる。最適な位置が決定されると、その状態を維持して、図７（Ａ）において矢印Ａ１で示す方向から適宜紫外光の照射がなされ、接着剤ＰＴが固化し、接着がなされる。なお、以上の工程のうち接着剤の塗布工程において、段差状部分ＳＴを有する鏡筒３９の接続部ＣＮ側に接着剤ＰＴが塗布されることにより、接着剤ＰＴが段差状部分ＳＴに留まり、光学機能を有する投射レンズ３０や映像表示素子８２に接着剤ＰＴが及ぶことが回避される。

上述のような接着の工程において、図８（Ｂ）等に示すように、映像素子ケース８６の板状部分８７と鏡筒３９の平面部分３９ｃとの間には、接着剤ＰＴを充填させつつアライメントが可能となるように、調整代となる間隙が設けられている。具体的に説明すると、映像素子ケース８６のうち板状部分８７及び本体部分８６ａが凹状の嵌合部分ＲＥを形成しているのに対して、鏡筒３９のうち接続部ＣＮが嵌合部分ＲＥに対応する凸状の部分となっており、接続部ＣＮと嵌合部分ＲＥとの間にクリアランスを有するものとなっている。図示の場合では、接続部ＣＮのサイズ幅ＳＺ１が嵌合部分ＲＥのサイズ幅ＳＺ２よりも若干小さくなっている。つまり、接続部ＣＮと嵌合部分ＲＥとが相対的な位置を調整可能にする調整構造部分となっている。これにより、板状部分８７と平面部分３９ｐとの間に、観察者の眼が並ぶ横方向に相当する水平方向や、横方向に垂直な縦方向に相当する垂直方向について、相対的な位置を調整可能とする間隙が形成されている。

以上のようにして、投射レンズ３０等に対する映像表示素子８２のアライメント可能としていることにより、観察者の眼の位置に入る画像が設計値になるように調整ができるものとなっている。例えば垂直な観察者の眼が並ぶ横方向に垂直な縦方向に相当する垂直方向については、右眼側と左眼側とでのズレを５０μｍ程度以内に抑えることが望ましい。これ以上に縦方向すなわち上下方向に差があると、右眼側と左眼側とでの画像のズレを脳の中で合わせることができなくなり、違和感を生じるからである。また、例えば観察者の眼が並ぶ横方向に相当する水平方向の調整については、右眼側の画像と左眼側の画像との重なり状態や視差を適切な状態にするために必要になる。例えば、左右での視差を利用して３Ｄ画像を形成させる場合に、水平方向についてのずれが大きすぎると、画像が２重に見えてしまい立体視画像が適切に視認されなくなる可能性がある。また、例えば距離に対する画角の関係についてずれが生じて、近くの画面（例えば５ｍ先に８０型相当の画像）の見え方と遠くの画面（例えば２０ｍ先に３２０型相当の画像）の見え方とが合わなくなってしまう場合も考えられる。本実施形態では、例えばアルミダイカストのフレーム１０７に鏡筒３９及び導光装置２０が、左右ともに既に取付けた状態で左右の眼の位置に相当する位置にセンサーをそれぞれ置き、左右の映像表示素子８２と投射レンズ３０との相対位置を、左右の眼の位置に入る画像が設計値になるようにそれぞれ調整するものとなっていることで、上記のような垂直方向及び水平方向について所望の状態となるようなアライメントが可能となる。

図９を参照して、投射透視装置７０等の機能、動作等の詳細について説明する。投射透視装置７０のうち、導光装置２０の一部である導光部材１０は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材である。導光部材１０のうち、第１導光部分１１は、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、第２導光部分１２は、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５と、第６面Ｓ１６とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接し、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置され、第４面Ｓ１４と第５面Ｓ１５との間に第６面Ｓ１６が配置されている。

導光部材１０において、第１面Ｓ１１は、Ｚ軸に平行な射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面であり、第２面Ｓ１２は、ＸＺ面に平行な基準面（図示の断面）に含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ１を中心軸とする自由曲面であり、第３面Ｓ１３は、射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面である。第４面Ｓ１４は、ＸＺ面に平行な上記基準面に含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ３，ＡＸ４の２等分線を中心軸とする自由曲面であり、第５面Ｓ１５は、ＸＺ面に平行な上記基準面に含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ４，ＡＸ５の２等分線を中心軸とする自由曲面であり、第６面Ｓ１６は、ＸＺ面に平行な上記基準面に含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ５を中心軸とする自由曲面である。なお、以上の第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６は、水平（又は横）に延びＸＺ面に平行で光軸ＡＸ１〜ＡＸ５等が通る基準面（図示の断面）を挟んで、鉛直（又は縦）のＹ軸方向に関して対称な形状を有している。

導光部材１０のうち本体１０ｓは、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されており、例えば金型内に熱可塑性樹脂を注入・固化させることにより成形する。なお、本体１０ｓの材料としては、例えばシクロオレフィンポリマー等を用いることができる。本体１０ｓは、一体形成品とされているが、導光部材１０は、第１導光部分１１と第２導光部分１２とに分けて考えることができる。第１導光部分１１は、映像光ＧＬの導波及び射出を可能にするとともに、外界光ＨＬの透視を可能にする。第２導光部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。

第１導光部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１導光部分１１外に射出させる屈折面として機能するとともに、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第１面Ｓ１１は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、観察者に対し凹面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２面Ｓ１２は、本体１０ｓの表面であり、当該表面にハーフミラー層１５が付随している。このハーフミラー層１５は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）１５は、第２面Ｓ１２の全体ではなく、第２面Ｓ１２を主にＹ軸に沿った鉛直方向に関して狭めた部分領域ＰＡ上に形成されている。ハーフミラー層１５は、本体１０ｓの下地面のうち部分領域ＰＡ上に、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＨＬの観察を容易にする観点で、想定される映像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、映像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。

第３面Ｓ１３は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第３面Ｓ１３は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に観察者に対し凹面形状を成しており、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて外界光ＨＬを見たときに、視度が略０になっている。なお、第３面Ｓ１３は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第４面Ｓ１４は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。なお、第４面Ｓ１４は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第５面Ｓ１５は、既述のように、本体１０ｓの表面上に無機材料で形成される光反射膜ＲＭを成膜することで形成され、反射面として機能する。

第６面Ｓ１６は、映像光ＧＬを第２導光部分１２内に入射させる屈折面として機能する。なお、第６面Ｓ１６は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

光透過部材５０は、既述のように導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。ここで、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に第２透過面Ｓ５２が配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した曲面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着層ＣＣによって接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した曲面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ１２とは、薄い接着層ＣＣを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。

光透過部材（補助光学ブロック）５０は、可視域で高い光透過性を示し、光透過部材５０の本体部分は、導光部材１０の本体１０ｓと略同一の屈折率を有する熱可塑性樹脂材料で形成されている。なお、光透過部材５０は、本体部分を導光部材１０の本体１０ｓに接合した後、接合された状態で本体１０ｓとともにハードコートによる成膜がなされて形成されるものである。つまり、光透過部材５０は、導光部材１０と同様、本体部分の表面にハードコート層２７が施されたものとなっている。つまり、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３とは、本体部分の表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

画像表示装置８０は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置８１と、透過型の空間光変調装置である映像表示素子８２と、照明装置８１及び映像表示素子８２の動作を制御する駆動制御部８４とを有する。

画像表示装置８０の照明装置８１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源８１ａと、光源８１ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部８１ｂとを有する。映像表示素子８２は、例えば液晶表示デバイスで形成される映像素子であり、照明装置８１からの照明光ＳＬを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部８４は、光源駆動回路８４ａと、液晶駆動回路８４ｂとを備える。光源駆動回路８４ａは、照明装置８１の光源８１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。液晶駆動回路８４ｂは、映像表示素子（映像素子）８２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの映像光又は画像光を形成する。なお、液晶駆動回路８４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。

以下、虚像表示装置１００における映像光ＧＬ等の光路について説明する。映像表示素子（映像素子）８２から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０によって収束されつつ、導光部材１０に設けた比較的強い正の屈折力を有する第６面Ｓ１６に入射する。

導光部材１０の第６面Ｓ１６を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２導光部分１２を経由する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５で反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第４面Ｓ１４で反射される。

第２導光部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１導光部分１１において、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３に入射して全反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１に入射して全反射される。なお、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を通過する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面ＯＩに対応するものである。

第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射するが、特にハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。なお、ハーフミラー層１５は、ここで反射される映像光ＧＬに対して比較的強い正の屈折力を有するものとして作用する。また、第１面Ｓ１１は、これを通過する映像光ＧＬに対して負の屈折力を有するものとして作用する。

第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹの瞳に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光ＧＬにより、映像表示素子（映像素子）８２上に形成された画像を観察することになる。

一方、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するものは、第１導光部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、導光部材１０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。同様に、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。さらに、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。なお、導光部材１０の第２面Ｓ１２と光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２とは、略同一の曲面形状をともに有し、略同一の屈折率をともに有し、両者の隙間が略同一の屈折率の接着層ＣＣで充填されている。つまり、導光部材１０の第２面Ｓ１２や光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２は、外界光ＨＬに対して屈折面として作用しない。

ただし、ハーフミラー層１５に入射した外界光ＨＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されるので、ハーフミラー層１５に対応する方向からの外界光ＨＬは、ハーフミラー層１５の透過率に弱められる。その一方で、ハーフミラー層１５に対応する方向からは、映像光ＧＬが入射するので、観察者は、ハーフミラー層１５の方向に映像表示素子（映像素子）８２上に形成された画像とともに外界像を観察することになる。

導光部材１０内で伝搬されて第２面Ｓ１２に入射した映像光ＧＬのうち、ハーフミラー層１５で反射されなかったものは、光透過部材５０内に入射するが、光透過部材５０に設けた不図示の反射防止部によって導光部材１０に戻ることが防止される。つまり、第２面Ｓ１２を通過した映像光ＧＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。また、光透過部材５０側から入射してハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬは、光透過部材５０に戻されるが、光透過部材５０に設けた上述の不図示の反射防止部によって導光部材１０に射出されることが防止される。つまり、ハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の虚像表示装置１００によれば、板状部分８７と接続部ＣＮとによって、映像素子である映像表示素子８２と投射光学系である投射レンズ３０との相対的な位置を調整しながら、映像表示素子８２を収納する映像素子ケース８６と投射レンズ３０を収納する鏡筒３９とを接着させることができる。従って、投射レンズ３０での製造誤差等に伴って光学系にバラツキが発生しても、投射レンズ３０と映像表示素子８２とのアライメント時において上記のバラツキを補正して、確実な装置のアライメントを行うことが可能となる。この場合、例えば従来の方法として知られている映像素子等の外端部の四隅等にピンと孔とでクリアランスを設ける嵌合部等によってアライメントを行う場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。また、上記のような嵌合部を有する場合に比べて、簡易な構造となっている。

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。

上記では、映像素子ケース８６が板状部分８７を有し、鏡筒３９が接続部ＣＮを有するものとしているが、これとは反対に、鏡筒３９が映像素子ケース８６に向かって延びる板状部分８７を有し、映像素子ケース８６が板状部分８７に対応して設けられる平面部分を含む接続部ＣＮを有するものとすることもできる。

上記では、凸状リブＰＲａ及びスリット状部分ＳＬａ等は、中央側に１つ設けられているものとしているが、これらの形状は、図示の場合に限らず種々の形状とすることができ、例えば、凸状リブＰＲａが二つ以上設けられるもの等であってもよく、大きさ（深さ）も種々のものが適用できる。

また、上記では、ＨＭＤ等の虚像表示装置に対して説明したが、本願発明は、虚像表示装置に限らず、例えば小型のプロジェクター、特に、携帯端末等の小型の電子機器に組み込まれる際の液晶プロジェクター等においても同様に適用することができる。図１０は、携帯端末等の小型の電子機器ＰＤに組み込まれた液晶型のプロジェクター２００を模式的に示す図である。具体的には、プロジェクター２００は、映像表示素子（映像素子）２８２を映像素子ケース２８６の本体部分２８６ａに収納する画像表示装置２８０と、投射光学系である投射レンズ２３０を収納する鏡筒２３９とを有している。画像表示装置２８０を構成する映像素子ケース２８６は、本体部分２８６ａの両端から鏡筒２３９の接続部ＣＮ側にそれぞれ延びる一対の対向する平板状の部材である上側部分２８７ａと下側部分２８７ｂとで構成されている。なお、プロジェクター２００は、ケーブルＣＢを介して電子機器ＰＤの本体部に接続されており、画像信号等の各種信号が入力され、入力された画像信号に応じて映像表示素子２８２で画像を形成させ、投射レンズ２３０によって形成された画像をスクリーン面ＳＣに映像光ＧＬを投射する。この場合も、映像素子ケース２８６の板状部分２８７と鏡筒２３９の接続部ＣＮとによって、映像表示素子２８２と投射レンズ２３０との相対的な位置を調整しながら、映像表示素子２８２を収納する映像素子ケース８６と投射レンズ３０を収納する鏡筒３９とをアライメントしつつ接着させることができる。また、プロジェクター２００は、コンパクトに設計できるので、小型の電子機器ＰＤに組み込みやすいものとなる。なお、図では、プロジェクター２００を、電子機器ＰＤに組み込んだ例を示したが、これに限らず、プロジェクター２００が電子機器ＰＤに外付けされる構成であるものとしてもよい。この場合、プロジェクター２００を小型にできるので、外付けしても邪魔になりにくく、例えば取付け場所に制限がある場合に使いやすいものとなる。

また、上記では、虚像表示装置１００のフレーム１０７と投射レンズ３０とが別体でネジ止めによって投射レンズ３０をフレーム１０７に固定しているが、投射レンズ３０を収納する鏡筒３９をフレーム１０７と一体成形することもできる。鏡筒３９をフレーム１０７と一体成形する方法として、アウトサート成形、ダイカスト一体成形後の鏡筒部削り出し等の手法がある。

導光装置２０又は投射レンズ３０については、ネジ止めによる締結に限らず、様々な手法でフレーム１０７に固定することができる。

上記の説明では、制限部１０７ｎやリブ１０ｎが細長く延びるとしたが、これらを短くすることができ、さらに複数組の制限部１０７ｎやリブ１０ｎを設けることもできる。また、リブ１０ｎにおいて拡幅部１０ｑは不要であり、この拡幅部１０ｑを省略する場合、制限部１０７ｎの溝１０７ｓにおいて、拡幅部１０７ｑを省略することもできる。さらに、制限部１０７ｎは、溝１０７ｓのような凹部に限らず、例えばリブ１０ｎに沿って互い違いに配置された突起又は凸条とすることもできる。

上記の説明では、フレーム１０７に制限部１０７ｎを設けているが、これに代えて或いはこれとともに、プロテクター１０８に導光部材１０の変形、ぶれ等を防止するための制限部を設けることもできる。プロテクター１０８側に形成された制限部は、下のリブ１０ｏを例えば遊嵌によって係止する。

上記の説明では、フレーム１０７にプロテクター１０８を取り付けているが、プロテクター１０８についてはこれを省略することができる。この場合、図２（Ｂ）等に示すフレーム１０７を元の形状のままに維持して、フレーム１０７の中央部１０７ｇに鼻当て部材１０８ａを設けた補助部材を連結することもできるが、補助部材を一体的に設けたフレーム１０７を予め準備することもできる。かかる補助部材は、プロテクター１０８の縦部分６３ａと同様に導光装置２０を保護する部材として用い得る。なお、フレーム１０７とプロテクター１０８とを一体的に作製することもできる。

上記実施形態では、導光部材１０の光入射側に投射レンズ３０を配置しているが、投射レンズ３０を省略して、導光部材１０自体に結像機能を持たせることができる。また、投射レンズ３０に代えて結像機能を有する別の導光部材１０を配置することもできる。この場合、導光部材１０を鏡筒３９に組み付けた後に、鏡筒３９と映像素子ケース８６とを組み付けることになる。

上記実施形態では、投射レンズ３０を収納する鏡筒３９に導光装置２０との係止部材（連結部分）３９ａを設けているが、導光装置２０側に例えば鏡筒３９を挟むように鏡筒３９と嵌合する係止部材を設けることができる。

上記実施形態では、ハーフミラー層（半透過反射膜）１５が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層１５の輪郭は用途その他の使用に応じて適宜変更することができる。また、ハーフミラー層１５の透過率や反射率も用途その他に応じて変更することができる。

上記実施形態では、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（例えば金属反射膜や誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記実施形態では、映像表示素子８２における表示輝度の分布を特に調整していないが、位置によって輝度差が生じる場合等においては、表示輝度の分布を不均等に調整することができる。

上記実施形態では、画像表示装置８０として、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２を用いているが、画像表示装置８０としては、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、画像表示装置８０として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることができる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える虚像表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。この場合、フレーム１０７やつる部分１０４は、例えば図１等に示すままで左右対称に配置する形状とする。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔について説明していないが、両表示装置１００Ａ，１００Ｂの間隔は固定に限らず、機械機構等によって間隔の調整が可能である。つまり、フレーム１０７に伸縮機構等を設けるならば、両表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔を、着用者の眼幅等に応じて調整することができる。

上記実施形態では、導光部材１０の第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３において、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映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明の虚像表示装置１００における全反射については、第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３上の全体又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、映像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、上記第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての映像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの映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面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部がコートされていてもよい。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、例えば上部での片持ち状態によって支持される。

ＡＡ，ＡＸ１-ＡＸ５…光軸、 ＡＸＯ…射出側光軸、 ＥＹ…眼、 ＧＬ…映像光、 ＯＩ…像面、 ＲＭ…光反射膜、 Ｓ１１-Ｓ１６…第１-第６面、 Ｓ５１-Ｓ５３…第１-第３透過面、 ＳＬ…照明光、 １０…導光部材、 １０ｇ…取付部、 １１…第１導光部分、 １２…第２導光部分、 １２ｊ…先端部、 １５…ハーフミラー層、 ２０…導光装置、 ３０，２３０…投射レンズ、 ３９，２３９…鏡筒、 ３９ａ…係止部材（連結部分）、 ３９ｇ…取付部、 ３９ｐ…平面部分、 ＳＴ…段差状部分、 ＣＮ…接続部、 ＰＲａ，ＰＲｂ…凸状リブ、 ５０…光透過部材、 ６１ｅ…固定部、 ６１ｆ…固定部、 ６１ｘ…ボス孔、 ６５ａ，６５ｂ…側方端部、 ６８ｅ…突当て面、 ７０…投射透視装置、 ８０…画像表示装置、 ８１…照明装置、 ８２，２８２…映像表示素子（映像素子）、 ８４…駆動制御部、 ８６，２８６…映像素子ケース、 ８６ａ，２８６ａ…本体部分、 ８７，２８７…板状部分、 ８７ａ，２８７ａ…上側部分、 ８７ｂ，２８７ｂ…下側部分、 ＳＬａ，ＳＬｂ…スリット状部分、 １００…虚像表示装置、 １００Ａ…第１表示装置、 １００Ｂ…第２表示装置、 １０１ａ…第１光学部材、 １０１ｂ…第２光学部材、 １０２…枠部、 １０７…フレーム、 １０７ａ…正面部、 １０７ｂ，１０７ｃ…側面部、 １０７ｎ…制限部、 １０４…つる部分、 １０５ａ…第１像形成本体部、 １０５ｂ…第２像形成本体部、 １０５ｄ…外装部材、 １０８…プロテクター、 １０８ａ…鼻当て部材、 １０８ｇ…中央部、 ＰＰ…接着部、 ＰＴ…接着剤、 ２００…プロジェクター

Claims (5)

1. 映像素子と、
   前記映像素子を収納して支持する映像素子ケースと、
   前記映像素子からの光を投射する投射光学系と、
   前記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、
   前記投射光学系の光入射側に設けられ、前記映像素子ケースと接着される板状部分と、
   を備え、
   前記板状部分は、前記映像素子ケース側に突出するように設けられて前記映像素子ケースとの接着に際しての接着領域を形成し、
   前記映像素子ケースは、前記板状部分に対応して設けられ接着領域を形成する平面部分を含み当該平面部分において前記板状部分と協働して前記映像素子と前記投射光学系との相対位置を調整可能にしつつ接着する接続部を有し、
   前記板状部分及び前記平面部分は、前記映像素子の面に対して略垂直にそれぞれ延びている、
   虚像表示装置。
2. 映像素子と、
   前記映像素子を収納して支持する映像素子ケースと、
   前記映像素子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、
   前記導光装置の光入射側に設けられ、前記映像素子ケースと接着される板状部分と、
   を備え、
   前記板状部分は、前記映像素子ケース側に突出するように設けられて前記映像素子ケースとの接着に際しての接着領域を形成し、
   前記映像素子ケースは、前記板状部分に対応して設けられ接着領域を形成する平面部分を含み当該平面部分において前記板状部分と協働して前記映像素子と前記導光装置との相対位置を調整可能にしつつ接着する接続部を有し、
   前記板状部分及び前記平面部分は、前記映像素子の面に対して略垂直にそれぞれ延びている、
   虚像表示装置。
3. 前記板状部分は、スリット状部分を有し、前記接続部は、前記スリット状部分に対応して設けられる凸状リブを有する、請求項１または２に記載の虚像表示装置。
4. 前記映像素子は、照明光を空間的に変調して映像光を形成する液晶表示デバイスである、請求項１から３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記板状部分と前記平面部分との間に観察者の眼が並ぶ横方向に相当する水平方向及び当該横方向に垂直な縦方向に相当する垂直方向について調整を可能にする調整代を形成する調整構造部分を有している、請求項１から４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
   

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