JP7375373B2 - 光学装置及び装着型表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、虚像を観察者に提示する装着型表示装置に適用可能な光学装置、これを用いた装着型表示装置に関する。
例えば、装着型表示装置の一態様であるヘッドマウントディスプレイ(HMD)を構成するに際して、表示パネルに放熱シートやフレキシブル基板を接続させるものが知られている(特許文献1)。
特開2016-39529号公報
特許文献1の装置において、装置の小型化をしようとすると、例えば、放熱シートやフレキシブル基板等の表示パネルの周辺に配置される部材と、装置の制御基板から外部へ延びるケーブル(ハーネス)との間で干渉が生じてしまう可能性がある。
本発明の一側面における光学装置は、画像光を射出する表示素子と、前記表示素子からの前記画像光を射出するように配置されるレンズと、映像信号を処理し、法線方向から見て前記表示素子と前記レンズとに重なるように配置される回路基板と、前記回路基板を固定する回路基板ホルダーと、前記回路基板に接続されるハーネスと、前記表示素子に画像信号を伝送するフレキシブル基板と前記ハーネスとを離間させた状態に保持する保持部材と、を備え、前記回路基板ホルダーは、前記回路基板の端部を、前記表示素子よりも前記ハーネスに近い側へ突出した状態で配置し、前記表示素子は、前記法線方向から見て、前記回路基板の前記端部と前記レンズとの間に配置され、前記保持部材は、前記フレキシブル基板側の空間と前記ハーネス側の空間とを仕切る平面形状の仕切板であり、前記保持部材は、前記法線方向から見て、前記回路基板ホルダー側から前記回路基板ホルダー側とは反対方向に向かって延びる
第1実施形態の光学装置及び光学装置を備える装着型表示装置の使用状態を説明するための斜視図である。 光学装置の外観について一具体例を示す正面図である。 光学装置の内部構造について示す斜視図である。 光学装置の光学的な構成について示す平面図である。 光学装置のうち、光学系と回路基板との組付けについて説明するための図である。 光学装置の組付けについて示す分解斜視図である。 光学装置の内部構造を示す側断面図である。 光学装置の光学的構造を説明するための平面図である。 一変形例の光学装置について説明するための図である。 第2実施形態の光学装置について説明するための概念的な側断面図である。 第3実施形態の光学装置について説明するための概念的な側断面図である。 第4実施形態の光学装置について説明するための概念的な側断面図である。
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る光学装置と光学装置を備える装着型表示装置について一例を説明する。
図1~図4に示すように、本実施形態に係る光学装置100あるいは光学装置100を備える装着型表示装置500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、光学装置100を装着した観察者の両眼の並ぶ横方向に対応し、+Y方向は、観察者にとっての両眼の並ぶ横方向に直交する下方向に相当し、+Z方向は、観察者にとっての前方向又は正面方向に相当する。
図1等に示すように、光学装置100は、この光学装置100を装着した観察者又は装着者USに対して、虚像を視認させることができるだけでなく、外界像をシースルーで観察させることができる。光学装置100は、ハーネス109を介してスマートフォンその他の外部装置EDに対して通信可能に接続することができ、例えば外部装置EDから入力された映像信号に対応する虚像を形成することができる。なお、以下では、説明の都合上、光学装置100を上記のような虚像を視認させる虚像表示装置として取り扱い、装着型表示装置500は、上記のような光学装置100と、外部装置ED等の画像コンテンツを入力する装置とで構成されるものとして取り扱う。すなわち、光学装置100に加え、外部装置EDあるいはこれに相当する部分までも含めたものを、装着型表示装置500とする。しかし、これに限らず、光学装置100そのものの部分が、装着型表示装置500であるとしてもよい。すなわち上記のうち外部装置EDを除いた各構成部品からハーネス109までの部分を装着型表示装置500として捉えてもよい。いずれにしても、上記各構成部品からハーネス109までの構成を、光学装置あるいは装着型表示装置を構成する光学ユニットと捉えることができる。
光学装置100は、第1表示装置100Aと、第2表示装置100Bとを備える。第1表示装置100Aと第2表示装置100Bとは、左眼用の虚像と右眼用の虚像とをそれぞれ形成する部分である。左眼用の第1表示装置100Aは、観察者の眼前を透視可能に覆う第1虚像形成光学部101aと、画像光を形成する第1像形成本体部105aとを備える。右眼用の第2表示装置100Bは、観察者の眼前を透視可能に覆う第2虚像形成光学部101bと、画像光を形成する第2像形成本体部105bとを備える。すなわち、第1表示装置100A及び第2表示装置100Bにより、左右の眼に対応した画像の表示がなされる。
第1及び第2像形成本体部105a,105bの後部には、頭部の側面から後方に延びるつる部分であるテンプル104が取り付けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接することで光学装置100の装着状態を確保する。
また、図2等に示すように、第1及び第2虚像形成光学部101a,101b間に形成された窪みCVには、テンプル104とともに支持部を構成するノーズパッド61が設けられている。このノーズパッド61は、観察者の眼に対する虚像形成光学部101a,101b等の位置決めを可能にする。このため、ノーズパッド61は、パッド支持装置65によって第1表示装置100A及び第2表示装置100Bを一体化する透視型導光ユニット100Cの中央部材50に組付けられている。なお、ここでは、ノーズパッド61とパッド支持装置65とを別個のものとして説明するが、ノーズパッド61のみならずパッド支持装置65まで含めてノーズパッドと捉えることも可能である。なお、透視型導光ユニット100C及びこれを構成する中央部材50については、後述する。
第1及び第2虚像形成光学部101a,101bは、樹脂材料等で形成される導光体(導光光学系)である第1及び第2導光部材10a,10bをそれぞれ含み、中央部材50によって、中央で連結されて一体的な部材として、透視型導光ユニット100Cを形成している。言い換えると、透視型導光ユニット100Cは、一対の導光部材10a,10bと中央部材50とを備える導光ユニットである。一対の導光部材10a,10bは、第1及び第2虚像形成光学部101a,101bを構成するものとして、画像光を内部に伝搬させつつ虚像形成に寄与する一対の光学部材である。中央部材50は、一対の光透過部50a,50bとこれらを繋ぐブリッジ部50cとを有し、樹脂材料等で形成される一体成形部品であり、一対の光透過部50a,50bが、一対の導光部材10a,10bに接合することで、第1表示装置100Aと第2表示装置100Bとを連結する連結部材として機能する。より具体的に説明すると、中央部材50において、一対の光透過部50a,50bのうちの一方である光透過部50aは、導光部材10aに接合され、他方である光透過部50bは、導光部材10bに接合される。なお、図示の例では、例えば図4に示すように、中央部材50のうち、ブリッジ部50cから光透過部50aにかけての部分及びブリッジ部50cから光透過部50bにかけての部分において、屈曲部分(折れ曲がり部分)を有しないように滑らかにつながっている。屈曲部分(折れ曲がり部分)あるいは段差部分のような箇所が無いことで、外界像が二重に見えてしまうことを回避している。
なお、透視型導光ユニット100Cは、導光によって観察者に両眼用の映像を提供する複合型の導光光学系である導光装置20として、両端部つまり導光部材10a,10bの外端側で外装ケース105dに支持されている。
中央部材50において、ブリッジ部50cは、図3に示すように、透視型導光ユニット100Cの下面すなわち+Y側の面において、第1表示装置100Aと第2表示装置100Bとの間において刳り抜かれた窪み状部分として形成される窪みCVの箇所においてリブ状の凸部(リブ形状部分)51を有している。凸部51は、ブリッジ部50cの強度補強をするとともに、パッド支持装置65、延いてはノーズパッド61(図2参照)を、中央部材50に取り付けるための取付部として機能する。
以下、透視型導光ユニット100Cのうち、上記以外の箇所について説明する。例えば、図3に示すように、透視型導光ユニット100Cは、上面TSすなわち-Y側の面として、第1表示装置100Aから第2表示装置100Bにかけて面一で延びる平面FSを有している。
透視型導光ユニット100Cの上面TSにおいて、さらに上方側には、図2に示すように、カバー構造部として、カバー部材FC(FPCカバー)が設けられている。カバー部材FCと透視型導光ユニット100Cとの間には、薄く狭い空間が形成されており、第1像形成本体部105aと第2像形成本体部105bとを電気的に連結するケーブルが延びている。つまり、平面FSにケーブルが配置(配線)可能となっている。そこで、ここでは、上記ケーブルとして、フレキシブル基板すなわちFPC(Flexible Printed Circuit)基板を採用している。つまり、図示のように、ケーブルとしてフレキシブル基板FB1による配線が採用されている。また、ここでは、図3等に示すように、各回路基板を繋ぐケーブルとしてもフレキシブル基板を採用可能としており、図示の例では、上記フレキシブル基板FB1のほか、フレキシブル基板FB2,FB3による配線がなされている。さらに、外装ケース105d内に収納される表示素子80と回路基板との接続についてもフレキシブル基板を適用している。これらについて詳しくは後述する。
以下、図1~図4等を適宜参照して、光学装置100の内部構造についてより詳細に説明する。特に、外装ケース105dの内部に収納される各部の構造について説明する。ここでは、図4において、左眼用の各部構成について説明する。x、y、及びzは、直交座標系であり、+x方向及び+y方向は、画像光を射出する表示素子80における光射出面に平行な面内方向について示す方向であり、+y方向は、+Y方向に一致する、すなわち平行である。図4に示されるように、表示素子80等の配置が、光学装置100を装着した観察者の両眼の並ぶ横方向に対応しつつ若干傾いており、例えば、+X方向に対応する+x方向は、+X方向とは、若干異なっている。同様に、+z方向も、対応する+Z方向とは、若干異なっている。以下において、例えば光学装置100の内部構造における各部の配置等の説明においては、上記した+x方向、+y方向及び+z方向を基準にして説明する場合もある。なお、この場合、表示素子80及びその周辺では、+z方向が画像光の光路について上流から下流に向かう方向となる。なお、ここでは、表示素子80の光射出位置よりも上流側(-z側)についても、光路上流側等の表現を採用するものとする。
図1や図3、あるいは図4に示すように、第1像形成本体部105aは、カバー状の外装ケース105d内に、表示素子80、鏡筒38、メイン回路基板MD、左眼用回路基板DL等を有する。なお、メイン回路基板MD等の回路基板をまとめて回路基板CBとする。一方、第2像形成本体部105bは、外装ケース105d内に、表示素子80、鏡筒38、右眼用回路基板DR等を有する。なお、第1像形成本体部105aの外装ケース105dについては、区別のため、第1外装ケース105dと呼ぶこともある。同様に、第2像形成本体部105bの外装ケース105dについては、第2外装ケース105dと呼ぶこともある。また、外装ケース105dは、例えばマグネシウム合金等を材料としている。
外装ケース105d(図2参照)は、上側部材である第1部材71と下側部材である第2部材72とで構成され、これらの部材71,72を上下方向に相互にスライドさせつつ合体させることで内部空間を形成する。
例えば、第1像形成本体部105aにおいて、第1外装ケース105dに収納される表示素子80は、左眼用の虚像に対応する像を形成すべく画像光を射出する表示デバイスであり、例えば有機ELの表示パネルやLCD用のパネル等で構成される。投射レンズ30は、表示素子80からの画像光を射出する投射光学系であり、第1虚像形成光学部101aにおいて結像系の一部を構成する。鏡筒38は、投射レンズ30の一部として、投射レンズ30を構成する像形成用の光学素子(図7参照)を保持する。
なお、第2像形成本体部105bについても、第2外装ケース105dに収納される表示素子80と、鏡筒38を含む投射レンズ30とは、右眼用の虚像に対応する像を形成すべく同様の機能を果たす。
回路基板CBのうち、メイン回路基板MDは、外部からの情報を含む信号を処理する信号処理基板である。ここで、外部からの情報は、典型的には外部装置ED(図1参照)からの画像データである。メイン回路基板MDは、外部とのインターフェース機能を有するとともに、外部から入力された映像信号を処理するものであって、左眼用回路基板DL及び右眼用回路基板DRの表示動作を管理し制御している。このため、例えば、メイン回路基板MDは、ケーブルとしてのフレキシブル基板FB1~FB3により各部と接続されている。
回路基板CBのうち、左眼用回路基板DLは、第1像形成本体部105a中の表示素子80を駆動する駆動回路基板であり、メイン回路基板MDの制御下で動作する。言い換えると、左眼用回路基板DLは、メイン回路基板MDの制御下において左眼用の表示素子80の表示動作を制御する。
回路基板CBのうち、右眼用回路基板DRは、第2像形成本体部105b中の表示素子80を駆動する駆動回路基板であり、メイン回路基板MDの制御下で動作する。言い換えると、右眼用回路基板DRは、メイン回路基板MDの制御下において右眼用の表示素子80の表示動作を制御する。
回路基板CBを構成するメイン回路基板MD、左眼用回路基板DL及び右眼用回路基板DRについては、例えば、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、CPU(Central Processing Unit)等の回路をいずれか1つ以上含むものによって構成することができる。
また、上記のほか、本実施形態では、図2や図3に例示するように、照度センサーLSが設けられている。照度センサーLSは、ALS(Ambient Light Sensor)であり、観察者の反応にあった周囲光強度の測定を行う外光センサーである。このため、照度センサーLSは、観察者にとっての前方向又は正面方向に相当する+Z方向に向けて配置されており、観察者の眼に入る光量を検知可能とすべく、メイン回路基板MDの制御下で動作する。
なお、メイン回路基板MD等の各種回路基板は、絶縁性の樹脂基板の表面や内部に配線を形成したものであり、表面にICや電子素子をマウントした構造を有する。
本実施形態では、メイン回路基板MDを上記各部と接続するためのケーブルとして、既述のように、フレキシブル基板FB1~FB3が採用されている。例えば、右眼用フレキシブル基板FB1は、第1表示装置100Aから第2表示装置100Bにかけて平面FSに沿って延び、メイン回路基板MDと右眼用回路基板DRとを接続している。左眼用フレキシブル基板FB2は、メイン回路基板MDと左眼用回路基板DLとを接続する。また、照度センサー用フレキシブル基板FB3は、メイン回路基板MDと照度センサーLSとを接続する。なお、これらのフレキシブル基板FB1~FB3は、必要に応じて重ねられた状態で、配線されている。
以下、図5等を参照して、光学装置100のうち、投射レンズ30や導光部材10a等を含む光学系とメイン回路基板MD等を含む回路基板との組付けについて、一例を説明する。図5は、光学装置100のうち、光学系と回路基板との組付けについて説明するための図であり、図6は、光学装置100の組付けについて示す分解斜視図であり、図7は、組付け完了後における光学装置100の内部構造を示す側断面図である。なお、光学装置100において、第1表示装置100Aと第2表示装置100B(図2等参照)とは、左右対称で同等の構造を有するため、以下では、左眼用の第1表示装置100Aについてのみ説明し、第2表示装置100Bについては説明を省略する。
図5において、第1領域AR1は、外装ケース105d(図2等参照)の内部に設置されるメイン回路基板MD等を投射レンズ30等と組み付けた様子の一例についての側面図を示しており、第2領域AR2は、第1領域AR1の様子を異なる角度から見た斜視図を示している。また、図6は、これらの組付けの様子をさらに異なる角度から見た分解斜視図となっている。
図5及び図6に示すように、回路基板CBを構成するメイン回路基板MD及び左眼用回路基板DLは、回路基板ホルダーである基板ホルダー75によって保持されている。また、基板ホルダー75は、表示素子80の本体部分である有機ELの表示パネル等を収納するケース部材88や、投射レンズ30の本体部分である光学素子を収納する鏡筒38といった光学固定部材OFとを、複数のネジSCによるネジ止め等によって組み付けられている。なお、図示の例では、鏡筒38は、光学固定部材OFとして、投射レンズ30を構成する光学素子すなわち投射光学系のほか、導光部材10aすなわち導光光学系を固定している。言い換えると、光学固定部材OFは、表示素子80からの光を導く光学系を固定するものであり、当該光学系には、表示素子80からの光を投射する投射光学系と、当該投射光学系を経た光を眼前に導く導光光学系とが含まれている。さらに、光学固定部材OFは、回路基板ホルダーである基板ホルダー75に組み付けられている。
図6に示すように、鏡筒38等と組み付けられた基板ホルダー75は、さらに、外装ケース105dのうち下部側を構成する第2部材72に組み付けられる。基板ホルダー75は、プラスチック材料で形成された成形品であり、外装ケース105dに比較して遮熱効果がある。基板ホルダー75をプラスチック材料で形成することにより、基板ホルダー75の形状の自由度が高まり、外装ケース105dの内部への収納及び配置が容易になる。
また、図7に示すように、光学装置100の各部を組み付けた後の状態において、外装ケース105dの内部には、フレキシブル基板FBxや、ハーネス109を構成する複数のワイヤWS等が限られた空間内に収納されるものとなる。これらの各部が占める箇所について、空間的棲み分けを行い、各部の干渉を回避することが非常に重要となる。
そのため、本実施形態では、基板ホルダー75等を利用して、回路基板CBの配置や、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHの設置等により、かかる問題を解決している。
なお、フレキシブル基板FBxは、表示素子80と左眼用回路基板DLとを接続し、かつ、表示素子80に画像信号を伝送する。また、ハーネス109は、メイン回路基板MDに接続されて外部装置ED等の外部からの信号を伝送する。また、上記のよう信号送信に適用されるハーネス109すなわち外部からのコントローラ用のケーブルについては、種々のものが考えられるが、例えばUSBType-Cコネクタに適用可能なケーブルを採用する、すなわちUSBType-Cコネクタによって接続可能なものとすることが考えられる。
上記フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉回避のため、図5~図7に示すように、基板ホルダー75は、左眼用回路基板DLを載置させる板状部75aのほか、板状部75aから一体的に延びるように設けた突起部PPaを有する。例えば、図5の第2領域AR2や図6、さらには図7に示されるように、板状部75aは、左眼用回路基板DLを載置させるべくxz面内に平行な面を形成するように延びている。これに対して、突起部PPaは、表示素子80の背面すなわち表示素子80よりも光路上流側(-z側)において、xy面内に平行な面を形成するように板状部75aの下面から下方側(+y側)に向かって延びている。さらに、このような状況下において、基板ホルダー75は、メイン回路基板MDの一部が、表示素子80の背面側に突出した状態となるように配置し、そして、固定している。つまり、メイン回路基板MDの一部は、ハーネス109に近い側あるいは近づく側に突出した状態となっている。以上を言い換えると、基板ホルダー75は、メイン回路基板MDの端部TBを、表示素子80よりも光路上流側(-z側)へ突出した状態で配置し、あるいは、その状態でハーネス109に近い側へ突出した状態で配置して、そして、これを固定している。その上で、さらに、光路上流側と下流側すなわち±z方向に関して、端部TB側と表示素子80側とに突起部PPaによって遮断されている。すなわち、突起部PPaは、表示素子80側の空間とハーネス109側の空間を仕切る仕切板PPとして機能している。特に、図7に示されるように、突起部PPaは、表示素子80に接続するフレキシブル基板FBxがハーネス109側に向かわないように規制する部材として機能している。
また、メイン回路基板MDの端部TBには、配線引出部WDが設けられている。配線引出部WDに、ハーネス109を構成する複数のワイヤWSを取りまとめた先端部分TPが取り付けられることで、ハーネス109がメイン回路基板MDに接続される。
なお、図示の場合、メイン回路基板MDは、表示素子80よりも装着者US(図1参照)から遠い側(-x側)すなわち外側に設けられ、端部TBにおいて、配線引出部WDは、装着者USに近い側すなわち内側(+x側)に設けられている。この場合、回路基板CBのうち最も高温になりやすいメイン回路基板MDを外側とすることで、メイン回路基板MDにおける発熱の影響が装着者USに及ぶことを抑えつつ、配線引出部WDを内側とすることで、光学装置100の横方向への大型化を抑制しながら配線引出部WDを適切に設けることができる。
一方、図6、さらには図7に示されるように、光学装置100は、外装ケース105dを構成する第2部材72にも、底面部72bから一体的に延びるように設けた突起部PPbを有する。突起部PPbも、表示素子80の背面すなわち表示素子80よりも光路上流側(-z側)において、xy面内に平行な面を形成するように底面部72b上面から上方側(-y側)に向かって延びている。
突起部PPbも、突起部PPaと同様に、空間を仕切る仕切板PPとして機能する。特に、図7に示されるように、突起部PPbは、ハーネス109が、表示素子80に接続するフレキシブル基板FBx側に向かわないように規制する部材として機能している。
以上のように、ここでの一例では、仕切板PPとしての突起部PPa,PPbは、表示素子80に画像信号を伝送するフレキシブル基板FBxと、ハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHとして機能している。すなわち、仕切板PPが、上記のような保持部材SHとして機能することによって、フレキシブル基板FBxとハーネス109との干渉を回避できる。
また、上記についてさらに見方を変えると、保持部材SHとしての突起部PPa,PPb(仕切板PP)は、フレキシブル基板FBx側の空間Saと、ハーネス109側の空間Sbとを仕切っている。この場合、仕切板PPにより空間Sa,Sbを設けることで、フレキシブル基板FBxとハーネス109との干渉を回避できる。
また、図示のように、メイン回路基板MDは、左眼用回路基板DLよりも大きく(左眼用回路基板DLは、メイン回路基板MDよりも小さく)、左眼用回路基板DLは、ハーネス109に対して、メイン回路基板MDの端部TBよりも、表示素子80側に配置された状態で、回路基板ホルダー75に収納され、かつ、固定されている。すなわち、駆動回路基板である左眼用回路基板DLよりも、メイン回路基板MDのほうが、ハーネス109に近いものとなっている。
以下、図8を参照して、光学装置100に関する光学的構造について説明する。図8は、第1表示装置100Aの一部を示す図であり、特に第1虚像形成光学部101aの光学的構造を説明するものとなっている。光学装置100は、既述のように、第1表示装置100A及び第2表示装置100B(図1等参照)で構成されるが、第1表示装置100Aと第2表示装置100Bとは、光学的構造についても、左右対称で同等の構造を有するため、第1表示装置100Aについてのみ説明し、第2表示装置100Bについては説明を省略する。
光透過部50aは、導光部材10aと一体的に固定され、導光部材10aの透視機能を補助する部材である。光透過部50aは、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。第2透過面S52は、第1透過面S51と第3透過面S53との間に配置されている。第1透過面S51は、導光部材10aの第1面S11を延長した面上にあり、第2透過面S52は、第2面S12に対し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10aの第3面S13を延長した面上にある。
第1虚像形成光学部101aのうち導光部材10aは、接着層CCを介して光透過部50aと接合されている。つまり、光透過部50aの第2透過面S52は、導光部材10aの第2面S12に対向して配置され、同じ形状を有する。導光部材10aと光透過部50aとは、光学面を含む立体的形状を与える本体部材の表面を薄いハードコート層で被覆した構造を有する。導光部材10aや光透過部50aの本体部材は、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し固化させることにより成形される。
以下、画像光GLの光路について概要を説明する。導光部材10aは、投射レンズ30から射出された画像光GLを、第1~第5面S11~S15での反射等により装着者USの眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズ30からの画像光GLは、まず光入射部11aに形成されている第4面S14の部分に入射して反射膜RMの内面である第5面S15で反射され、第4面S14に内側から再度入射して全反射され、第3面S13に入射して全反射され、第1面S11に入射して全反射される。第1面S11で全反射された画像光GLは、第2面S12に入射し、第2面S12に設けたハーフミラー15を部分的に透過しつつも部分的に反射されて光射出部11bに形成されている第1面S11の部分に再度入射して通過する。第1面S11を通過した画像光GLは、Z方向に略平行な光軸AXに沿って全体として進み、装着者USの眼が配置される射出瞳EPに略平行光束として入射する。つまり、装着者USは、虚像としての画像光により画像を観察することになる。
第1虚像形成光学部101aは、導光部材10aにより装着者USに画像光を視認させるとともに、導光部材10aと光透過部50aとの組み合わせた状態で、装着者USに歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。この際、第3面S13と第1面S11とが互いに略平行な平面となっていることで、この部分を透過させる観察に関して視度が略0となり、外界光OLについて収差等をほとんど生じさせない。また、第3透過面S53と第1透過面S51とが互いに略平行な平面となっている。さらに、第1透過面S51と第1面S11とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じさせない。以上により、装着者USは、光透過部50a越しに歪みのない外界像を観察することになる。
以下、図9を参照して、一変形例の光学装置について説明する。本変形例では、配線引出部WDの構成において、既述の一例と異なっている。図9は、一変形例の光学装置100について説明するための図であり、図9のうち第1領域BR1及び第2領域BR2は、比較のために既述の一例について配線引出部WD及びその周辺を概念的に示した側面図である。これに対して、図9のうち第3領域BR3及び第4領域BR4は、本変形例について示す第1領域BR1及び第2領域BR2の対応図である。
図示のように、また、既述のように、既述の一例では、複数のWSを1つの先端部分TPにおいて取りまとめ、対応する配線引出部WDに取り付けていた。これに対して、本変形例では、複数のWSを2つの先端部分TPa,TPbの二手に分けて取りまとめ、2つの先端部分TPa,TPbにそれぞれ対応する2つの配線引出部WDa,WDbに取り付ける構造としている。このように、配線引出部WDa,WDbが、端部TBの複数箇所に分けて設けられている構成とすることも可能である。
以上のように、本実施形態に係る光学装置100では、画像光を射出する表示素子80と、映像信号を処理する回路基板CBを構成するメイン回路基板MD等と、メイン回路基板MD等を固定する回路基板ホルダーである基板ホルダー75と、メイン回路基板MDに接続されるハーネス109とを備え、基板ホルダー75は、メイン回路基板MDの端部TBを、表示素子80よりもハーネス109に近い側へ突出した状態で配置する。これにより、光学装置100の側方等への大型化を抑制しつつ、表示素子80の光路上流側すなわち表示素子の背面側に干渉回避用の空間を設けることができる。
〔第2実施形態〕
以下、図10を参照して、第2実施形態に係る光学装置について説明する。なお、本実施形態に係る光学装置は、第1実施形態に係る光学装置100の変形例であり、仕切板PPの構成において、第1実施形態の場合と異なっている。ただし、これら以外の点については、第1実施形態の場合と同様であるので、上記以外の各部については、詳しい説明を省略する。
図10は、本実施形態に係る光学装置200の外観を示す概念的な側断面図であり、図7に対応する図である。
図10のうち第1領域CR1は、比較のために第1実施形態に示した既述の一例すなわち図7に示した一例である光学装置100について概略を示している。これに対して、第2領域CR2は、本実施形態の一例としての光学装置200について示す図であり、さらに、第3領域CR3は、本実施形態の光学装置200についての一変形例を示す図である。
まず、第2領域CR2に示す一例のように、本実施形態の光学装置200は、第1領域CR1に示す光学装置100と比較すると明らかなように、仕切板PPについて、突起部PPaを有するが、突起部PPbを有していない点において、第1実施形態の光学装置100と異なっている。この場合、基板ホルダー75に設けた突起部PPaのみによって、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHを構成して、フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉回避を可能としている。なお、図示の例では、突起部PPaが、第2部材72の底面部72b近傍まで延びていることで、干渉回避用の空間Sa,Sbを形成している。
また、第3領域CR3に示す一変形例のように、本実施形態の光学装置200が、仕切板PPについて、突起部PPbを有するが、突起部PPaを有していない構成とすることも考えられる。すなわち、外装ケース105dを構成する第2部材72に設けた突起部PPbのみによって、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHを構成して、フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉回避を可能としてもよい。なお、図示の例では、突起部PPbが、基板ホルダー75の板状部75a近傍まで延びていることで、干渉回避用の空間Sa,Sbを形成している。
本実施形態に係る光学装置200においても、基板ホルダー75が、メイン回路基板MDの端部TBを、表示素子80よりもハーネス109に近い側すなわち光路上流側(-z側)へ突出した状態で配置し、そして、固定することにより、光学装置200の側方等への大型化を抑制しつつ、表示素子80の光路上流側すなわち表示素子の背面側に干渉回避用の空間を設けることができる。また、突起部PPa又は突起部PPbにより構成される仕切板PPが、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHとして機能することで、フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉を回避できる。
〔第3実施形態〕
以下、図11を参照して、第3実施形態に係る光学装置について説明する。なお、本実施形態に係る光学装置は、第1実施形態に係る光学装置100等の変形例であり、仕切板PPの構造において、第1実施形態等の場合と異なっている。ただし、これら以外の点については、第1実施形態等の場合と同様であるので、上記以外の各部については、詳しい説明を省略する。
図11は、本実施形態に係る光学装置300の外観を示す概念的な側断面図であり、図7や図10に対応する図である。
図11のうち、第1領域DR1は、本実施形態の一例としての光学装置300について仕切板PP(あるいは保持部材SH)の組付けの様子を示す図であり、第2領域DR2は、仕切板PPを組み付けた後の本実施形態の光学装置300について示す図である。
例えば、図7や図10の第1領域CR1に示したように、第1実施形態に係る光学装置100における仕切板PP(突起部PPa,PPb)は、基板ホルダー75や外装ケース105dを構成する第2部材72から一体的に延びて形成されていた。これに対して、図11において、第1領域DR1に示す一例のように、本実施形態の光学装置300では、仕切板PPが、取り付け固定される別部材であり、この点において、第1実施形態の光学装置100等の場合と異なっている。すなわち、本実施形態の場合、まず、基板ホルダー75に対して突起部PPaとなるべき板状の部材を、矢印A1に示す方向に近づけていき、基板ホルダー75の所定箇所に当該板状の部材が取り付けられる。また、同様に、矢印A2に示す方向について突起部PPbとなるべき板状の部材を近づけていき、外装ケース105dを構成する第2部材72の所定箇所に当該板状の部材が取り付けられる。その後、第2領域DR2に示す一例のように、フレキシブル基板FBxやハーネス109を含む各部を取り付けることで、光学装置300が製作される。
本実施形態に係る光学装置300においても、基板ホルダー75が、メイン回路基板MDの端部TBを、表示素子80よりもハーネス109に近い側すなわち光路上流側(-z側)へ突出した状態で配置し、そして、固定することにより、光学装置300の側方等への大型化を抑制しつつ、表示素子80の光路上流側すなわち表示素子の背面側に干渉回避用の空間を設けることができる。また、基板ホルダー75や外装ケース105dに対して事後的に取り付けた仕切板PPが、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHとして機能することで、フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉を回避できる。
〔第4実施形態〕
以下、図12を参照して、第4実施形態に係る光学装置について説明する。なお、本実施形態に係る光学装置は、第1実施形態に係る光学装置100等の変形例であり、保持部材SHとして、仕切板PPに代えて他の構造を採用している点において、第1実施形態等の場合と異なっている。ただし、これら以外の点については、第1実施形態等の場合と同様であるので、上記以外の各部については、詳しい説明を省略する。
図12は、本実施形態に係る光学装置400の外観を示す概念的な側断面図であり、図7や図10、図11に対応する図である。
図12のうち、第1領域ER1は、本実施形態の一例としての光学装置400について示す図であり、第2領域ER2は、本実施形態の一変形例としての光学装置400について示す図である。
まず、第1領域ER1に示す一例のように、本実施形態の光学装置400は、例えば図10の第1領域CR1に示す光学装置100と比較すると明らかなように、保持部材SHとして、仕切板PPに代えて、ハーネス109をクリップ止めするクリップ部材CLaを有している点において、第1実施形態の光学装置100等と異なっている。より正確には、クリップ部材CLaは、ハーネス109のうち、先端側を構成する複数のワイヤWSを束ねてクリップ止めしている。すなわち、本実施形態では、クリップ部材CLaによってハーネス109の配置を規制することで、フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉回避を可能としている。
なお、図示の例では、クリップ部材CLaをハーネス109の近傍に設けるように、基板ホルダー75から延びた板状部PLaの先端側にクリップ部材CLaを形成するものを示しているが、所望のクリップ止めが可能であれば、これに限らず、種々の態様をとることができる。
また、第2領域ER2に示す一変形例のように、本実施形態の光学装置400において、複数のワイヤWSを束ねてクリップ止めするクリップ部材CLbが、外装ケース105dを構成する第2部材72に設けられていてもよい。すなわち、第2部材72に設けたクリップ部材CLbによって、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持する保持部材SHを構成して、フレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉回避を可能としてもよい。
〔変形例及びその他の事項〕
以上で説明した構造は例示であり、同様の機能を達成できる範囲で、種々変更することができる。
上記では、保持部材SHの具体的態様として、仕切板PP(突起部PPa,PPb)や、クリップ部材CLa,CLbを例示したが、これに限らず、フレキシブル基板FBxとハーネス109とを離間させた状態に保持が可能な種々の態様を保持部材SHとして採用できる。なお、上記仕切板PPやクリップ部材CLa,CLbの場合、非接着固定であるので、例えばフレキシブル基板FBxやハーネス109を接着固定して離間させた状態を維持する場合に比べて、修理等のために光学装置を再度分解する際の作業性を向上できる。
また、各実施形態で示した上記保持部材SHの各態様について、可能なものを適宜組み合わせて構成するものとしてもよい。
また、仕切板PPについては、空間を仕切ってフレキシブル基板FBxとハーネス109との間での干渉が回避できれば、板状のもの以外でもよく、例えば網状の部材で仕切板PPに相当するものを構成してもよい。
また、中央部材50について、屈曲部分(折れ曲がり部分)を有しないように滑らかに繋いだ構成としているが、屈曲部分(折れ曲がり部分)を有する構成において本願を適用することも可能である。
以上の説明では、表示素子80が有機ELの表示パネルやLCD用のパネルであるとしたが、表示素子80は、LEDアレイ、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素子であってもよい。さらに、表示素子80は、レーザー光源とスキャナーとを組みあわせたレーザスキャナーを用いたディスプレイであってもよい。なお、LCDパネルに代えてLCOS(Liquid crystal on silicon)技術を用いることもできる。
虚像形成光学部101a,101bは、眼前を覆って外光を遮断するようなものであってもよい。この場合、外界を直接観察できなくなるが、カメラで撮影した外界像を観察できるようにすることもできる。
以上のように、具体的な一態様における光学装置は、画像光を射出する表示素子と、映像信号を処理する回路基板と、回路基板を固定する回路基板ホルダーと、回路基板に接続されるハーネスとを備え、回路基板ホルダーは、回路基板の端部を、表示素子よりもハーネスに近い側へ突出した状態で配置する。
上記光学装置では、回路基板の端部が、表示素子よりもハーネスに近い側すなわち光路上流側へ突出した状態で配置されていることで、表示素子の光路上流側すなわち表示素子の背面側に空間を設けることができるので、装置の大型化を抑制しつつ、ハーネスの回路基板への接続において、装置内の他の部材とハーネスとの干渉を回避できる。
具体的な側面において、回路基板は、ハーネスを接続する配線引出部を端部に有する。この場合、配線引出部において、他の部材との干渉を回避しつつハーネスを接続できる。
別の側面において、回路基板は、表示素子よりも装着者から遠い側に設けられ、端部において、配線引出部は、装着者に近い側に設けられている。この場合、回路基板における発熱の影響が装着者に及ぶことを抑えつつ、装置の横方向への大型化を抑制しながら配線引出部を適切に設けることができる。
さらに別の側面において、配線引出部は、端部の複数箇所に分けて設けられている。この場合、例えば配線数が多くても、これに対応しやすくなる。
さらに別の側面において、表示素子に画像信号を伝送するフレキシブル基板とハーネスとを離間させた状態に保持する保持部材をさらに備える。この場合、保持部材によってフレキシブル基板とハーネスとの干渉を回避できる。
さらに別の側面において、保持部材は、フレキシブル基板側の空間とハーネス側の空間とを仕切る仕切板である。この場合、仕切板により空間を設けることで、フレキシブル基板とハーネスとの干渉を回避できる。
さらに別の側面において、仕切板は、回路基板ホルダーから一体的に延びて形成されている。この場合、回路基板ホルダーと同一材料によって仕切板を形成できる。また、仕切板を回路基板ホルダーとともに一体成形できる。
さらに別の側面において、仕切板は、回路基板ホルダーに取り付け固定される別部材である。この場合、仕切板を事後的に取付けできる。
さらに別の側面において、保持部材は、ハーネスをクリップ止めするクリップ部材である。この場合、クリップ止めにより、ハーネスを他の部材と干渉しないように固定できる。
さらに別の側面において、回路基板は、外部から入力された映像信号を処理するメイン回路基板と、メイン回路基板の制御下において表示素子の表示動作を制御する駆動回路基板とを含み、ハーネスは、メイン回路基板と接続して、外部からの信号を伝送し、フレキシブル基板は、表示素子と駆動回路基板とを接続する。この場合、ハーネスを介してメイン回路基板に外部からの信号が伝送され、伝送された外部からの信号に基づく映像が、フレキシブル基板を介した駆動回路基板からの駆動信号に従って動作する表示素子により映し出される。
さらに別の側面において、駆動回路基板は、ハーネスに対して、メイン回路基板よりも、表示素子側に配置された状態で、回路基板ホルダーに収納されている。
さらに別の側面において、表示素子からの光を導く光学系を固定する光学固定部材を備え、光学系は、表示素子からの光を投射する投射光学系と、投射光学系を経た光を眼前に導く導光光学系とを含み、光学固定部材は、回路基板ホルダーに組み付けられる。この場合、上記光学系により眼前に虚像による画像表示がなされる。また、この場合、回路基板ホルダーが光学固定部材に対して所望の位置関係で固定される。
また、具体的な一態様における装着型表示装置は、上記いずれかに記載の光学装置を備える。
上記装着型表示装置では、光学装置の回路基板の端部が、表示素子よりもハーネスに近い側すなわち光路上流側へ突出した状態で配置されていることで、表示素子の光路上流側すなわち表示素子の背面側に空間を設けることができるので、装置の大型化を抑制しつつ、ハーネスの回路基板への接続において、装置内の他の部材とハーネスとの干渉を回避できる。
10a,10b…導光部材、11a…光入射部、11b…光射出部、15…ハーフミラー、20…導光装置、30…投射レンズ、38…鏡筒、50…中央部材、50a,50b…光透過部、50c…ブリッジ部、51…凸部(リブ形状部分)、61…ノーズパッド、65…パッド支持装置、71…第1部材、72…第2部材、72b…底面部、75…基板ホルダー(回路基板ホルダー)、75a…板状部、80…表示素子、88…ケース部材、100,200,300,400…光学装置、100C…透視型導光ユニット、101a,101b…虚像形成光学部、104…テンプル、105d…外装ケース、109…ハーネス、500…装着型表示装置、A1,A2…矢印、AX…光軸、CB…回路基板、CC…接着層、CLa,CLb…クリップ部材、CV…窪み、DL…左眼用回路基板(駆動回路基板)、DR…右眼用回路基板(駆動回路基板)、ED…外部装置、EP…射出瞳、FB1~FB3,FBx…フレキシブル基板、FC…カバー部材、FS…平面、GL…画像光、LS…照度センサー、MD…メイン回路基板、OF…光学固定部材、OL…外界光、PLa…板状部、PP…仕切板、PPa,PPb…突起部、RM…反射膜、SC…ネジ、SH…保持部材、Sa,Sb…空間、TB…端部、TP,TPa,TPb…先端部分、TS…上面、US…装着者、WD,WDa,WDb…配線引出部、WS…ワイヤ

Claims (10)

  1. 画像光を射出する表示素子と、
    前記表示素子からの前記画像光を射出するように配置されるレンズと、
    映像信号を処理し、法線方向から見て前記表示素子と前記レンズとに重なるように配置される回路基板と、
    前記回路基板を固定する回路基板ホルダーと、
    前記回路基板に接続されるハーネスと、
    前記表示素子に画像信号を伝送するフレキシブル基板と前記ハーネスとを離間させた状態に保持する保持部材と、
    を備え、
    前記回路基板ホルダーは、前記回路基板の端部を、前記表示素子よりも前記ハーネスに近い側へ突出した状態で配置し、
    前記表示素子は、前記法線方向から見て、前記回路基板の前記端部と前記レンズとの間に配置され、
    前記保持部材は、前記フレキシブル基板側の空間と前記ハーネス側の空間とを仕切る平面形状の仕切板であり、
    前記保持部材は、前記法線方向から見て、前記回路基板ホルダー側から前記回路基板ホルダー側とは反対方向に向かって延びる、
    光学装置。
  2. 前記回路基板は、前記ハーネスを接続する配線引出部を前記端部に有する、請求項1に記載の光学装置。
  3. 前記回路基板は、前記表示素子よりも装着者から遠い側に設けられ、
    前記回路基板は、前記装着者側を向く第1面と、前記第1面とは前記法線方向において反対側の第2面と、を有し、
    前記配線引出部は、前記第1面の前記端部に設けられている、請求項2に記載の光学装置。
  4. 前記配線引出部は、前記端部の複数箇所に分けて設けられている、請求項2及び3のいずれか一項に記載の光学装置。
  5. 前記仕切板は、前記回路基板ホルダーから一体的に延びて形成されている、請求項1に記載の光学装置。
  6. 前記仕切板は、前記回路基板ホルダーに取り付け固定される別部材である、請求項1に記載の光学装置。
  7. 前記回路基板は、外部から入力された映像信号を処理するメイン回路基板と、前記メイン回路基板の制御下において前記表示素子の表示動作を制御する駆動回路基板とを含み、
    前記ハーネスは、前記メイン回路基板と接続して、外部からの信号を伝送し、
    前記フレキシブル基板は、前記表示素子と前記駆動回路基板とを接続する、請求項1~6のいずれか一項に記載の光学装置。
  8. 前記駆動回路基板は、前記ハーネスに対して、前記メイン回路基板よりも、前記表示素子側に配置された状態で、前記回路基板ホルダーに収納されている、請求項7に記載の光学装置。
  9. 前記レンズを経た光を眼前に導く導光光学系と、
    前記レンズと前記導光光学系とを固定する光学固定部材と、を備え、
    前記光学固定部材は、前記回路基板ホルダーに組み付けられる、請求項1~8のいずれか一項に記載の光学装置。
  10. 請求項1~9のいずれか一項に記載の光学装置を備える装着型表示装置。
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