WO2014006979A1 - 頭部装着型表示装置並びに光学ユニット - Google Patents

Abstract

　接眼レンズの持つ光学特性に応じて表示パネルが正確に位置合わせできるように構成された頭部装着型表示装置を提供する。　接眼光学系を透明樹脂成形レンズで構成し、表示パネルに最も近接したレンズの四隅に、表示パネル・アセンブリー側の固着穴に挿通する固着ピンを一体成形する。４本の固着ピン１００２～１００５は、表示パネルの有効エリアに表示された映像の光が通過しない場所に配置される。また、レンズ部分１００１の光学中心に対し対称となる位置に、固着ピン１００２と固着ピン１００５の組、固着ピン１００３と固着ピン１００４の組がそれぞれ配設されている。

Description

頭部装着型表示装置並びに光学ユニット

　本明細書で開示する技術は、ユーザーの頭部に装着して用いられる頭部装着型表示装置並びに光学ユニットに係り、特に、映像を表示する表示パネルと表示パネルに表示された画像をユーザーの眼に投影する接眼光学部を有する頭部装着型表示装置並びに光学ユニットに関する。

　頭部に装着して映像を視聴する表示装置、すなわちヘッド・マウント・ディスプレイ（ＨＭＤ）が広く知られている。ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼毎に光学ユニットを持ち、また、ヘッドフォンと併用し、視覚及び聴覚を制御できるように構成されている。頭部に装着した際に外界を完全に遮るように構成すれば、視聴時の仮想現実感が増す。また、ヘッド・マウント・ディスプレイは、左右の眼に違う映像を映し出すことも可能であり、左右の眼に視差のある画像を表示すれば３Ｄ画像を提示することができる。

　ヘッド・マウント・ディスプレイは、ユーザーに虚像を提供する（すなわち、虚像を眼の網膜上に結像させる）表示システムである。ここで、虚像は、物体が、焦点距離よりレンズに近い位置にある場合に、その物体側にできるものである。

　ユーザーに虚像を観賞させる場合、例えば、虚像が形成されるユーザーからの距離などは、映像によって変化させるのが好ましい。例えば、３枚の高屈折率プラスチック・レンズからなる拡大レンズにより、対角２インチ以下の小型液晶表示素子を用いた小型軽量且つ広い視野角を有する頭部装着型液晶表示装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

　また、映像に適した形で虚像を提供する表示装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。この表示装置は、ユーザーの左眼と右眼とで観察される同一の虚像を、同一平面上に配置する拡大光学系を備え、映像のアスペクト比に応じて、虚像のユーザーからの距離及び虚像の大きさを制御するようになっている。例えば、ハイビジョン放送による、アスペクト比が１６：９の映画やドラマなどの映像は、ユーザーから１５メートル程度の遠い位置に大きな虚像を網膜に結像し、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式の、アスペクト比が４：３のテレビジョン信号の映像は、ユーザーから３メートル程度の比較的近い位置に中間の大きさの虚像を網膜に結像し、ユーザーに臨場感を感じさせるとともに、虚像を鑑賞する際の疲労感を軽減する。

　ヘッド・マウント・ディスプレイの左右の眼の表示部に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などの高解像度の素子を用いるとともに光学系で適当な画角を設定し、さらにヘッドフォンで多チャンネルを再現すれば、さらに映画館で視聴するような臨場感を再現することができるであろう。本出願人は、映画館の最も良い席と同じ視聴環境を提供できるヘッド・マウント・ディスプレイを目指している。

　ヘッド・マウント・ディスプレイでは、光学系の光軸が左右で高い精度で一致していないと、観察するユーザーが映像を不快に感じてしまう。左右の光軸を一致させるために、観察される映像が調整指標に対して一致するよう左右の表示部の位置を調整するのが一般的である。例えば、液晶表示素子をＸ、Ｙ、ω軸周りに相当する位置調整を行なってから保持部材に装着した後、液晶表示素子を固定した保持部材を、接眼レンズを収容した光学ユニットに取り付けるようにして、液晶表示素子の光軸の調整を不要又は低減した頭部装着型の映像表示装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。

　ヘッド・マウント・ディスプレイとしての要求精度を満足するためには、レンズの持つ光学特性に応じた表示パネルの位置決め固定が必要である、と本出願人は考えている。レンズに対する表示パネルの位置決め精度は、少なくとも画素サイズ（例えば、有機ＥＬ素子を用いる場合は１０ミクロン）以下でなくてはならない。

　ところが、例えば突き当てや穴の嵌め合いといった、機械的な位置決めでは、上記の要求精度を満たすことは困難である。また、機械的な位置決めで上記の要求精度を満たす構造を実現するには、部品の高精度化と精度に応じた管理が必要となり、部品コスト増、組み立てコスト増を招来する。

　例えば、液晶表示パネル本体の基板と接眼レンズを一体成形して小型、軽量化したヘッド・マウント・ディスプレイについて提案がなされている（例えば、特許文献４を参照のこと）。しかしながら、液晶表示パネル本体の基板と接眼レンズを一体にしてしまうと、液晶表示パネル本体と接眼レンズの光軸の位置決め精度は成形時に固定され、さらに高精度に位置調整することはできない。また、接眼光学系が複数のレンズで構成される場合、液晶表示パネル本体を含めて複数の接眼レンズを一体成形するのは困難であると思料される。

特開平９－１１３８２３号公報 特開２００７－１３３４１５号公報 特開２００８－２４９８６９号公報、段落００３０ 特開平８－２７８４７６号公報

　本明細書で開示する技術の目的は、映像を表示する表示パネルと表示パネルに表示された画像をユーザーの眼に投影する接眼レンズを備え、接眼レンズの持つ光学特性に応じて表示パネルが正確に位置合わせできるように構成された、優れた頭部装着型表示装置並びに光学ユニットを提供することにある。

　本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の技術は、
　画像を表示する表示パネルを含む表示パネル部と、
　前記表示パネル部を取り付ける部位と一体的に形成されたレンズを有し、前記表示パネルが表示する映像に対して光学処理する接眼光学部と、
　映像信号を処理する映像信号処理部と、
　前記映像信号処理部で処理された映像信号に基づいて、前記表示パネルを駆動する表示制御部と、
を具備する頭部装着型表示装置である。

　本願の請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の頭部装着型表示装置の前記取り付ける部位を有するレンズは、透明樹脂成形レンズからなり、前記取り付ける部位が一体成形されている。

　本願の請求項３に記載の技術によれば、請求項２に記載の頭部装着型表示装置の前記取り付ける部位は、前記透明樹脂成形レンズに一体成形された複数の固着ピンからなる。そして、前記固着ピンを前記表示パネル部側に穿設された固着穴に挿通させて、前記表示パネル部を前記接眼光学部に取り付けるように構成されている。

　本願の請求項４に記載の技術によれば、請求項３に記載の頭部装着型表示装置において、前記固着ピンは、前記透明樹脂成形レンズ表面上で、前記表示パネルの有効エリアに表示された映像の光が通過しない場所に配設されている。

　本願の請求項５に記載の技術によれば、請求項３に記載の頭部装着型表示装置において、前記複数の固着ピンは、前記透明樹脂成形レンズの光学中心に対し対称となる位置に配設されている。

　本願の請求項６に記載の技術によれば、請求項１に記載の頭部装着型表示装置の前記接眼光学部は、複数のレンズを有し、前記取り付ける部位と一体となるレンズは、前記表示パネルに最も近接している。

　本願の請求項７に記載の技術によれば、請求項１に記載の頭部装着型表示装置は、前記表示パネルを冷却する表示パネル冷却部をさらに備えている。

　本願の請求項８に記載の技術によれば、請求項７に記載の頭部装着型表示装置の前記表示パネル冷却部は、前記表示パネルの基板側に面接触するヒート・シンクを有している。

　本願の請求項９に記載の技術によれば、請求項８に記載の頭部装着型表示装置は、前記ヒート・シンクを前記表示パネルの基板側に面接触させたときに生じる間隙を充填する熱伝導性グリースをさらに有している。

　本願の請求項１０に記載の技術によれば、請求項１に記載の頭部装着型表示装置は、前記表示パネルの発光面を封止する表示パネル封止部をさらに備えている。

　本願の請求項１１に記載の技術によれば、請求項１０に記載の頭部装着型表示装置の前記表示パネル封止部は、前記表示パネル保持部により固定された前記表示パネルの側面部分を覆うカバー・フレームと、前記カバー・フレームの開口部分を塞ぐ蓋部を有している。

　本願の請求項１２に記載の技術によれば、請求項１１に記載の頭部装着型表示装置において、前記蓋部は、前記表示パネルの基板側に面接触するヒート・シンクである。

　本願の請求項１３に記載の技術によれば、請求項１２に記載の頭部装着型表示装置は、前記ヒート・シンクを前記表示パネルの基板側に面接触させたときに生じる間隙を充填する熱伝導性グリースをさらに有している。

　また、本願の請求項１４に記載の発明は、
　画像を表示する表示パネルを含む表示パネル部と、
　前記表示パネル部を取り付ける部位と一体的に形成されたレンズを有し、前記表示パネルが表示する映像に対して光学処理する接眼光学部と、
を具備する頭部装着型表示装置用の光学ユニットである。

　本明細書で開示する技術によれば、映像を表示する表示パネルと表示パネルに表示された画像をユーザーの眼に投影する接眼レンズを備え、接眼レンズの持つ光学特性に応じて表示パネルが正確に位置合わせできるように構成された、優れた頭部装着型表示装置並びに光学ユニットを提供することができる。

　本明細書で開示する技術によれは、小型、軽量化を損なうことなく、表示パネルの画素サイズ以下となる精度で、接眼レンズに対して表示パネルを位置合わせできるように構成された、優れた頭部装着型表示装置並びに光学ユニットを提供することができる。

　本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、ヘッド・マウント・ディスプレイを含む画像表示システムの構成を模式的に示した図である。 図２は、ヘッド・マウント・ユニット１０の本体の上面を俯瞰した様子を示した図である。 図３は、ヘッド・マウント・ユニット１０の内部構成を模式的に示した図である。 図４は、パネル・ホルダーを介して表示パネルをレンズ鏡筒に位置決め固定する方法を説明するための図である。 図５は、パネル・ホルダーを介して表示パネルをレンズ鏡筒に位置決め固定する方法を説明するための図である。 図６は、パネル・ホルダーを介して表示パネルをレンズ鏡筒に位置決め固定する方法を説明するための図である。 図７は、パネル・ホルダーを介して表示パネルをレンズ鏡筒に位置決め固定する方法を説明するための図である。 図８は、パネル・ホルダーを介して表示パネルをレンズ鏡筒に位置決め固定する方法を説明するための図である。 図９は、パネル・ホルダーを介して表示パネルをレンズ鏡筒に位置決め固定する方法を説明するための図である。 図１０は、固着ピンを一体成形した透明樹脂成形レンズの上面図を示した図である。 図１１は、透明樹脂成形レンズに一体成形された固着ピンを用いて表示パネルをダイレクトに位置決め固定する構造を示した図である。 図１２は、透明樹脂成形レンズに一体成形された固着ピンを用いて表示パネルをダイレクトに位置決め固定する方法を説明するための図である。 図１３は、透明樹脂成形レンズに一体成形された固着ピンを用いて表示パネルをダイレクトに位置決め固定する方法を説明するための図である。 図１４は、透明樹脂成形レンズに一体成形された固着ピンを用いて表示パネルをダイレクトに位置決め固定する方法を説明するための図である。 図１５は、カバー・フレーム１１０４を接眼光学レンズ部１１０１のレンズ鏡筒に取り付ける様子を示した図である。

　以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。

　図１には、ヘッド・マウント・ディスプレイを含む画像表示システムの構成を模式的に示している。図示のシステムは、視聴コンテンツのソースとなるブルーレイ・ディスク再生装置２０と、ブルーレイ・ディスク再生装置２０から出力されるＡＶ信号の処理を行なうフロント・エンド・ボックス４０と、ブルーレイ・ディスク再生装置２０の再生コンテンツの出力先となる頭部装着型の表示装置（ヘッド・マウント・ユニット）１０と、ブルーレイ・ディスク再生装置２０の再生コンテンツの他の出力先となるハイビジョン・ディスプレイ（例えば、ＨＤＭＩ（登録商標）対応テレビ）３０で構成される。ヘッド・マウント・ユニット１０とフロント・エンド・ボックス４０で、１セットのヘッド・マウント・ディスプレイが構成される。

　フロント・エンド・ボックス４０は、ブルーレイ・ディスク再生装置２０から出力されるＡＶ信号をＨＤＭＩ（登録商標）入力すると、例えば信号処理して、ＨＤＭＩ（登録商標）出力するＨＤＭＩ（登録商標）リピーターに相当する。また、フロント・エンド・ボックス４０は、ブルーレイ・ディスク再生装置２０の出力先をヘッド・マウント・ユニット１０又はハイビジョン・ディスプレイ３０のいずれかに切り替える２出力スイッチャーでもある。図示の例では、フロント・エンド・ボックス４０は２出力であるが、３以上の出力を有していてもよい。但し、フロント・エンド・ボックス４０は、ＡＶ信号の出力先を排他的とし、且つ、ヘッド・マウント・ユニット１０への出力を最優先とする。

　なお、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、ＤＶＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を基にし、物理層にＴＭＤＳ（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　Ｍｉｎｉｍｉｚｅｄ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を用いた、主に音声と映像の伝送を用途としたディジタル家電向けのインターフェース規格である。本システムは、例えばＨＤＭＩ（登録商標）１．４に準拠する。

　ブルーレイ・ディスク再生装置２０とフロント・エンド・ボックス４０間、並びに、フロント・エンド・ボックス４０とハイビジョン・ディスプレイ３０間は、それぞれＨＤＭＩ（登録商標）ケーブルで接続されている。フロント・エンド・ボックス４０とヘッド・マウント・ユニット１０間も、ＨＤＭＩ（登録商標）ケーブルで接続するように構成することも可能であるが、その他の仕様のケーブルを用いてＡＶ信号をシリアル転送するようにしてもよい。但し、フロント・エンド・ボックス４０とヘッド・マウント・ユニット１０間を接続するケーブル１本で、ＡＶ信号と電力を供給するものとし、ヘッド・マウント・ユニット１０はこのケーブルを介して駆動電力も得ることができる。

　図２には、ヘッド・マウント・ユニット１０の本体部の上面を俯瞰した様子を示している。

　ヘッド・マウント・ユニット１０は、左眼用及び右眼用に独立した２つの表示部を備えている。各表示部は、例えば有機ＥＬ素子からなる表示パネルを用いている。また、左右の各表示部は、低歪みで且つ高解像度の広視野角の接眼光学系を装備している。この接眼光学系で表示パネルの映像を拡大投影して広画角を設定するとともに、ヘッドフォンで多チャンネルを再現すれば、映画館で視聴するような臨場感を再現することができる。

　ヘッド・マウント・ユニット１０は左右に独立して光学系を持つ一方、眼の高さや眼幅にはユーザー毎に個人差があるため、光学系と装着したユーザーの眼とを位置合わせする必要がある。このため、ヘッド・マウント・ユニット１０の本体部は、右眼用の表示部と左眼用の表示部の間に、眼幅を調整する眼幅調整機構を装備している。

　図３には、ヘッド・マウント・ディスプレイ１０の内部構成を模式的に示している。以下、各部について説明する。

　操作部３０１は、タッチセンサーや、ボタン、キーなどの操作子（例えば電源ボタンや十字キー。いずれも図示しない）を備えている。制御部３０２は、操作部３０１を介した操作情報に応じて、ヘッド・マウント・ユニット１０内の動作を統括的に制御する。具体的には、制御部３０２は、映像制御部３０３に対し映像信号の処理を指示し、ＯＳＤ制御部３０４にＯＳＤ画面の描画を指示し、その他のさまざまな機器内動作をＭＩＳＣ制御部３０５に指示する。

　映像入力インターフェース３０６は、ブルーレイ・ディスク再生装置２０（図１を参照のこと）から再生出力される映像信号を、フロント・エンド・ボックス４０経由で入力する。映像制御部３０３は、制御部３０２からの指示に応じて、入力された映像信号に対する画質調整やその他の信号処理を行ない、映像バッファー３０７内に書き込む。また、制御部３０２は、操作部３０１からの操作情報に基づいて、映像内にカーソルを描画するよう映像制御部３０３に指示する。

　ＯＳＤ制御部３０４は、制御部３０２から伝達された情報に応じて、本来の映像に重畳するＯＳＤ画面を描画して、ＯＳＤバッファー３０８に書き込む。ＯＳＤ画面は、タッチセンサーなどの操作部３０１を介してユーザーが選択する１以上のメニュー・ボタン並びにメニュー・ボタンからプルダウンされるサブメニュー、そのため文言情報などを含む。

　ＭＩＳＣ制御部３０５は、制御部３０２から伝達された情報に応じて、ＯＳＤ制御並びに映像制御以外の制御を行なう。

　画像合成部３０９は、映像バッファー３０７に書き込まれた映像データ上に、ＯＳＤバッファー３０８に書き込まれたＯＳＤ画面を重畳して、表示制御部３１０に出力する。

　表示制御部３１０は、入力した映像信号を左眼用映像信号と右眼用映像信号に分離して、左眼用表示パネル３１１Ｌ及び右眼用表示パネル３１１Ｒへの描画を制御する。左眼用表示パネル３１１Ｌ及び右眼用表示パネル３１１Ｒは、例えば有機ＥＬ素子や液晶などの表示デバイスからなる。

　左眼用表示パネル３１１Ｌ及び右眼用表示パネル３１１Ｒには、それぞれ映像を拡大投影する接眼光学レンズ部３１２Ｌ、３１２Ｒが装備されている。左右の接眼光学レンズ部３１２Ｌ、３１２Ｒは、それぞれ複数のレンズの組み合わせからなり、左眼用表示パネル３１１Ｌ及び右眼用表示パネル３１１Ｒが表示する映像に対し、観察者の左右の眼に拡大投影するなどの光学処理を行なう。左眼用表示パネル３１１Ｌ及び右眼用表示パネル３１１Ｒの発光面に表示された映像は、それぞれ接眼光学レンズ部を通過する際に拡大され、ユーザーの網膜に大きな虚像を結像する。そして、観察するユーザーの脳内では左眼用映像と右眼用映像が融像される。

　ヘッド・マウント・ディスプレイとしての要求精度を満足するためには、接眼光学レンズ部３１２Ｌ、３１２Ｒの持つ光学特性に応じて表示パネル３１１Ｌ、３１１Ｒを位置決めして固定する必要がある。接眼光学レンズ部３１２Ｌ、３１２Ｒに対する表示パネル３１１Ｌ、３１１Ｒの位置決め精度は、少なくとも画素サイズ（例えば、有機ＥＬ素子を用いる場合は１０ミクロン）以下でなくてはならない。

　ここで、接眼光学レンズ部３１２Ｌ、３１２Ｒの光学特性は、設計値に対して、公差内でバラツキを持つ。また、左眼用表示パネル３１１Ｌ及び右眼用表示パネル３１１Ｒの画素位置は、表示パネル３１１Ｌ、３１１Ｒを取り付けたパネル外枠に対して、公差内でバラツキを持つ。

　また、接眼レンズがガラス素材の場合、接眼レンズに表示パネルをダイレクトに位置決め固定することはできず、通常、接眼レンズを保持する第１の機構部品と、この第１の機構部品に表示パネルを取り付ける第２の機構部品が、接眼レンズと表示パネルの位置決め固定に介在すると考えられる。

　例えば、本出願人に既に譲渡されている特願２０１１－１８６６２２号明細書には、図４に示すように、パネル外枠４０３Ａに表示パネルをあらかじめ固定したパネル部４０３をパネル・ホルダー４０２で支持し、このパネル・ホルダー４０２を接眼レンズのレンズ鏡筒４０１に取り付けるように構成されたヘッド・マウント・ユニットの光学ユニットについて開示されている。

　左右の光学ユニットは対称的なので、図４では左眼用の光学ユニットを示し、右眼用の光学ユニットの図示を省略している。図示の光学ユニットは、複数のレンズを収容したレンズ鏡筒４０１と、パネル・ホルダー４０２と、表示パネルをあらかじめパネル外枠４０３Ａに固定したパネル部４０３と、パネル・ホルダー４０２ごと表示パネル側面部分を覆うカバー・フレーム４０４と、高い熱伝動性を持つ素材で構成されるヒート・シンク４０５で構成される。

　レンズ鏡筒４０１の表面には四隅に４本の固着ピンが形設されている。但し、レンズ鏡筒４０１の光学特性は、設計値に対して公差内でばらつき（すなわち、個体差）を持つ。また、パネル・ホルダー４０２は、レンズ鏡筒４０１に螺着されている。

　パネル部４０３は、パネル外枠４０３Ａに表示パネルをあらかじめ接着固定したものである。パネル外枠４０３Ａには、レンズ鏡筒４０１に固定された各固着ピン（前述）を挿通させる固着穴が穿設されている。表示パネルは、有機ＥＬなどの表示素子からなり、パネル外枠４０３Ａは表示パネルを実装した基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）からなる。表示パネルの画素位置は、パネル外枠４０３Ａに対して、公差内でのばらつきを持つ。

　図５には、パネル・ホルダー４０２の各固着ピンをパネル部４０３側の対応する固着穴にそれぞれ挿通させている様子を図解している。また、図６乃至図９には、接眼レンズを収容したレンズ鏡筒４０１に、パネル・ホルダー４０２を介してパネル部４０３を位置決め固定する手順を図解している。

　まず、図６に示すようにレンズ鏡筒４０１の表面に、パネル・ホルダー４０２を四隅の４本のネジで取り付ける。この状態では、パネル・ホルダー４０２の固着ピンは、レンズ鏡筒４０１とは反対側に突出している。

　次いで、図７に示すように、レンズ鏡筒４０１の表面に螺着したパネル・ホルダー４０２の各固着ピンを、表示パネルを搭載したパネル部４０３側の対応する固着穴にそれぞれ挿通させる。そして、図８に示すように、各固着穴にＵＶ樹脂を流し込んで、固着ピンとの間隙を充填する。この状態で、パネル部４０３を介して表示パネルの位置を、ＸＹＺ軸並びにロール、ピッチ、ヨーの６軸方向に変化させながら、レンズ鏡筒４０１の光学特性が持つ公差内での個体ばらつきや、パネル外枠４０３Ａに対する表示パネルの画素位置の個体ばらつきに対応して、レンズ鏡筒４０１の光軸に対して表示パネルを位置決めする。レンズ鏡筒４０１の光軸に対する表示パネルの位置決めを、例えば画素サイズ以下の精度で行なう。

　そして、レンズ鏡筒４０１に対する表示パネルの位置が定まると、図９に示すように各固着ピン付近を紫外線で照射して、固着ピンとの間隙を充填させたＵＶ樹脂を硬化させることで、レンズ鏡筒４０１に対して表示パネルを所望する位置で固定することができる。

　図４、図５、並びに図６乃至図９に示したような、パネル・ホルダー４０２を介在させた位置決め固定方法の場合、レンズ鏡筒４０１に対する位置決め要素（位置決め穴）と固定手段（ねじ４本）が必要である。また、パネル・ホルダー４０２は精度管理が必要な高付加価値部品であり、コスト増を招来する。パネル・ホルダー４０２は、例えば金属プレス品であり、不要な光反射防止のための表面処理（若しくはつや消し塗装）が必要である。パネル・ホルダー４０２をレンズ鏡筒４０１に螺着する際には、微細な地金の削り屑、めっきによる粉塵が発生し、表示パネルの有効な表示エリアにこの種の粉塵が付着することが懸念される。

　付言すれば、パネル・ホルダー４０２を介在させて表示パネルの位置決めを行なう場合、（１）位置決め要素、固定要素を配置するスペースが必要になる、（２）各固着ピンについてパネル部４０３側の対応する固着穴と中心位置を一致させなければならない、などの条件により、レンズ鏡筒４０１の小型化、軽量化が困難になる。また、固着穴に充填させたＵＶ樹脂を硬化させる際、固着ピンの影がＵＶ樹脂の照射の妨げとなり、硬化不十分の原因となる。ＵＶ樹脂をムラなく硬化させるには、影ができないよう、固着ピンの上側から紫外線を照射するしかない。

　そこで、本出願人は、表示パネル（具体的には、表示パネルを搭載したパネル部）を位置決めして固定する取付部を接眼光学レンズ部に一体的に設け、パネル・ホルダー４０２のような部品の介在なしに、表示パネルを接眼光学レンズ部にダイレクトに取り付ける方法を提案する。

　具体的には、接眼光学レンズ部を構成する少なくとも１つのレンズを透明樹脂成形レンズとして、この透明樹脂成形レンズに、表示パネルの取付部としての固着ピンを一体成形する。接眼光学レンズ部は、通常、複数のレンズで構成されるが、これらのすべてを樹脂成形品とすることで、接眼光学レンズ部を低廉で軽量にすることができる。

　ここで、レンズ材質として、光学用途に使用される透明な熱可塑性樹脂（例えば、ＣＯＰ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｏｌｅｆｉｎ　Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＣ（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌ　ＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ）、ＭＳ（Ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ　Ｓｔｙｒｅｎｅ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）樹脂など）を挙げることができる。

　接眼光学レンズ部内の２以上のレンズを樹脂成形品とした場合、これらのうちいずれの樹脂成形レンズに固着ピンを一体成形してもよい。但し、組立ての容易さや、取り付け位置調整などの作業性などを考慮すると、表示パネルに最も近接した（すなわち、最外の）レンズを固着ピンと一体成形することが好ましい。

　また、レンズ表面に固着ピンを形成したことにより表示パネルの表示映像の観察を妨げないよう、接眼光学レンズ部の光学特性を十分考慮して、固着ピンを配置する場所を決める必要がある。すなわち、表示パネルの有効エリアに表示された映像の光が通過しない場所に固着ピンを形設することが好ましい。さらに、各固着ピンについてパネル部側の対応する固着穴と中心位置を一致させる作業性などを考慮すると、樹脂成形レンズの光軸中心に対し対称となる位置に各固着ピンを配置することが好ましい。

　図１０には、接眼光学レンズ部の光学特性を妨げない位置で、且つ、接眼光学レンズ部の光軸中心に対称位置に各固着ピンを一体成形した透明樹脂成形レンズの上面図（同図（Ａ）を参照のこと）並びに側面図（同図（Ｂ）を参照のこと）を示している。

　長方形状の輪郭をなす透明樹脂成形部品１０００の一方の表面（同図（Ｂ）中の底面側）には、接眼光学レンズとしての光学特性を得るよう、球面若しくは非球面のレンズ形状をしたレンズ部分１００１が形設されている。レンズ部分１００１は、長方形のほぼ中央付近に光学中心を持つ。表示パネルの有効エリアに表示された映像の光は、このレンズ部分１００１を通過して、観察者の眼に拡大投影される。

　また、透明樹脂成形部品１０００の他方の表面（同図（Ｂ）中の上面側）は、ほぼ平坦な形状をなし、当該表面の四隅には、固着ピン１００２、１００３、１００４、１００５が突設している。これら４本の固着ピン１００２～１００５は、表示パネルの有効エリアに表示された映像の光が通過しない場所に配置されており、表示パネルの映像の観察を妨害しない。また、レンズ部分１００１の光学中心に対し対称となる位置に、固着ピン１００２と固着ピン１００５の組、固着ピン１００３と固着ピン１００４の組がそれぞれ配設されている。

　また、図１１には、表示パネルに最も近接した透明樹脂成形レンズに固着ピンを形成し、この固着ピンにパネル部をダイレクトに取り付けた状態の接眼光学レンズ部１１０１の断面構成を示している。

　表示パネル１１０２をＰＣ（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）からなるパネル外枠１１０３Ａに搭載して、パネル部１１０３が構成される。また、パネル外枠１１０３Ａには、第１のレンズ１１０１－１に一体成形された各固着ピンと対応する位置に、固着穴が穿設されている。

　接眼光学レンズ部１１０１は、第１のレンズ１１０１－１、第２のレンズ１１０１－２、…、第ｎのレンズ１１０１－ｎの合計ｎ枚の透明樹脂成形レンズを有し、これらは図示しないレンズ鏡筒によって所望の光学特性が得られるよう、位置決めして支持されている（各レンズの光軸は一致しているものとする）。

　第１のレンズ１１０１－１は、表示パネルに最も近接した（すなわち、最外の）位置に配置されている。第１のレンズ１１０１－１の一方の表面には、所望の光学特性を得るために、球面若しくは非球面のレンズ形状が形成されている。また、第１のレンズ１１０１－１の他方（表示パネル１１０２側）の表面には固着ピンが一体成形されている。図１０を参照しながら既に説明したように、第１のレンズ１１０１－１の各固着ピンは、接眼光学レンズ部１１０１の光学特性を妨げず、且つ、光軸に対し対称となるように、四隅に配設されている。

　ここで、表示パネルの取り付け方法について、図１２～図１４を参照しながら説明しておく。

　まず、図１２に示すように、第１のレンズ１１０１－１に一体成形された各固着ピンを、パネル外枠１１０３Ａ側の対応する固着穴にそれぞれ挿通させて、パネル部１１０３ごと表示パネル１１０２を第１のレンズ１１０１－１にダイレクトで取り付ける。パネル部１１０３の取り付けに、ネジによる螺着作業を伴わないので、発塵するおそれがない。

　そして、パネル部１１０３を第１のレンズ１１０１－１に取り付けた状態で、表示パネル１１０２の位置を、ＸＹＺ軸並びにロール、ピッチ、ヨーの６軸方向に変化させながら、接眼光学レンズ部１１０１の光学特性が持つ公差内での個体ばらつきや、パネル外枠１１０３Ａに対する表示パネル１１０２の画素位置の個体ばらつきに対応して、表示パネル１１０２を位置決めする。接眼光学レンズ部１１０１の光軸に対する表示パネル１１０２の位置決めを、例えば画素サイズ以下の精度で行なう。

　例えば、表示パネル１１０２の空間的な位置と姿勢を認識できるような発光パターンを表示パネル１１０２で表示させ、これをカメラ（図示しない）の撮影画像で認識しながら、接眼光学レンズ部１１０１に対する表示パネル１１０２の相対位置を６軸方向で調整する。

　そして、接眼光学レンズ部１１０１に対する表示パネル１１０２の位置が定まると、その位置を保持したまま、図１３に示すように、各固着穴にＵＶ樹脂を流し込んで、固着ピンとの間隙を充填する。但し、固着穴にＵＶ樹脂をあらかじめ充填させておいてから、図１２に示したような固着ピンを挿入する作業を行なうようにしてもよい。

　次いで、図１４に示すように、各固着ピン付近を紫外線で照射して、固着ピンとの間隙を充填させたＵＶ樹脂を硬化させることで、接眼光学レンズ部１１０１に対して表示パネル１１０２を所望する位置で固定する。各固着ピンは、透明樹脂成形レンズと一体成形ということは透明性がある。したがって、ＵＶ樹脂に紫外線を照射する際、固着ピンが影とならないので、硬化条件出しと管理が容易になる、というメリットがある。例えば、固定ピンの側面から紫外線を照射しても、ムラなくＵＶ樹脂を硬化させることができる。

　接眼光学レンズ部１１０１で用いられる各レンズの材質は、光学用途に使用される透明な熱可塑性樹脂（例えば、ＣＯＰ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＭＳ樹脂など）であり、ＰＣなどからなるパネル外枠１１０３Ａに近い線膨脹係数を有する。したがって、パネル外枠１１０３Ａの固着穴とレンズ１１０１－１側の固着ピン間では温度変化に対する相対的な移動変化量がほぼ０に等しい。

　これに対し、図４～図９に示したように、パネル・ホルダー４０２を介して表示パネルをレンズ鏡筒４０１に取り付ける構造の場合には、金属素材のパネル・ホルダー４０２とＰＣを素材とするパネル外枠４０３Ａとの相対的な膨張・収縮量差分は０．０２ミリメートルと小さくない（但し、４０度変動時の差分であり、レンズ中心と固着ピン間の距離を１３ミリメートルとする）。このため、パネル外枠４０３Ａ（すなわち、表示パネル）とレンズの光軸中心の温度変化に対する相対的な移動変化量を抑える工夫が必要になる。

　上述したように、本明細書で開示する技術によれば、パネル・ホルダー４０２すなわち表示パネルを取り付ける固着ピンのような取付部を、射出成形品である接眼レンズと一体で成形するので、保持構造の形状自由度が向上する、ということができる。

　また、図１０～図１４に示した表示パネルの取付構造によると、パネル・ホルダー４０２のような機構部品を介在させる必要がなくなる。したがって、パネル・ホルダー４０２の部品重量並びに部品コスト、パネル・ホルダー４０２をレンズ鏡筒４０１に螺着する作業コストを削減することができる。左右の表示パネルについて同様に当てはまることから、重量並びにコスト削減の効果は２倍である。また、パネル・ホルダー４０２の螺着に伴う粉塵の発生がなくなり、表示パネルの有効な表示エリアが粉塵の付着で汚染される心配もなくなる。

　なお、表示パネル１１０２の表面にゴミなどの異物が付着すると、レンズで拡大されてユーザーに観察され、画品位が低下して商品性を損なってしまう。このため、表示パネル１１０２の発光面を封止する防塵構造が必要である。この防塵構造について、図１５を参照しながら説明する。同図中、表示パネル１１０２の発光面を防塵する封止構造は、主に接眼光学レンズ部１１０１のレンズ鏡筒、カバー・フレーム１１０４、ヒート・シンク１１０５の３点から構成される。

　接眼光学レンズ部１１０１のレンズ鏡筒とカバー・フレーム１１０４は、互いに対向する面で、隙間なく密着する。また、カバー・フレーム１１０４とヒート・シンク１１０５は、互いに対向する面で密着する。ここで、カバー・フレーム１１０４の裏面の表示パネル１１０２のＦＰＣ取り出し部分には、ＦＰＣへ外部負荷軽減のために、クッション材（図示しない）が貼設され、このクッション材を介してＦＰＣを押さえる構造としている。上記のような組み立て作業は、クリーン・ブース内で行ない、組み立て時に粉塵の侵入や表示パネル１１０２の発光面への粉塵の付着を防止することが好ましい。そして、組立完了後は、表示パネル１１０２の発光面が防塵構造となる。

　また、ヘッド・マウント・ユニット１０の表示部には、上述した有機ＥＬ素子や、液晶ディスプレイなどの、薄型の表示素子が用いられる。この種の半導体プロセスで製造された表示パネルは、消費電力に応じた発熱を伴うことが知られている。一方、表示パネルの最大駆動温度が定められているので、ヘッド・マウント・ユニット１０に組み込まれた表示パネルを最大駆動温度内で管理する必要があると思料される。

　本実施形態では、図１５に示すように、表示パネル１１０２を基板側の表面（すなわち、発光面の裏面）からヒート・シンク１１０５によって排熱する、という冷却構造となっている。ここで、カバー・フレーム１１０４の光軸方向の高さは、ヒート・シンク１１０５を取り付けた際に、表示パネル１１０２の裏面とヒート・シンク１１０５の間に空間ができる寸法としている。取り付け前に、対向する表示パネル１１０２の裏面とヒート・シンク１１０５の間の間隙に、熱伝導性グリースを充填しておく。また、組み立てる際に、表示パネル１１０２の裏面又はヒート・シンク１１０５に、あらかじめ適量の熱伝導性グリースを塗布しておく。したがって、ヒート・シンク１１０５を取り付けると、熱伝導性グリースは展延され、表示パネル１１０２の裏面とヒート・シンク１１０５の間の一定面積に充填された状態になる。ここで、熱伝導性グリースには、隙間から垂れたり、流れ出したりしないような、適正な粘度とチクソ性を有するものを使用することが好ましい。

　また、表示パネル１１０２の６軸調整固定によるヒート・シンク１１０５に対する表示パネル１１０２の位置の寸法ばらつきが生じるが、図示のヒート・シンク１１０５並びに熱伝導性グリースを用いた冷却構造はこの寸法ばらつきを吸収することができるという効果もある。

　なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）画像を表示する表示パネルを含む表示パネル部と、前記表示パネル部を取り付ける部位と一体的に形成されたレンズを有し、前記表示パネルが表示する映像に対して光学処理する接眼光学部と、映像信号を処理する映像信号処理部と、
　前記映像信号処理部で処理された映像信号に基づいて、前記表示パネルを駆動する表示制御部と、を具備する頭部装着型表示装置。
（２）前記取り付ける部位を有するレンズは、透明樹脂成形レンズからなり、前記取り付ける部位が一体成形される、上記（１）に記載の頭部装着型表示装置。
（３）前記取り付ける部位は、前記透明樹脂成形レンズに一体成形された複数の固着ピンからなり、前記固着ピンを前記表示パネル部側に穿設された固着穴に挿通させて、前記表示パネル部を前記接眼光学部に取り付ける、上記（２）に記載の頭部装着型表示装置。
（４）前記固着ピンは、前記透明樹脂成形レンズ表面上で、前記表示パネルの有効エリアに表示された映像の光が通過しない場所に配設される、上記（３）に記載の頭部装着型表示装置。
（５）前記複数の固着ピンは、前記透明樹脂成形レンズの光学中心に対し対称となる位置に配設される、上記（３）に記載の頭部装着型表示装置。
（６）前記接眼光学部は、複数のレンズを有し、前記取り付ける部位と一体となるレンズは、前記表示パネルに最も近接する、上記（１）に記載の頭部装着型表示装置。
（７）前記表示パネルを冷却する表示パネル冷却部をさらに備える、上記（１）に記載の頭部装着型表示装置。
（８）前記表示パネル冷却部は、前記表示パネルの基板側に面接触するヒート・シンクを有する、上記（７）に記載の頭部装着型表示装置。
（９）前記ヒート・シンクを前記表示パネルの基板側に面接触させたときに生じる間隙を充填する熱伝導性グリースをさらに有する、上記（８）に記載の頭部装着型表示装置。
（１０）前記表示パネルの発光面を封止する表示パネル封止部をさらに備える、上記（１）に記載の頭部装着型表示装置。
（１１）前記表示パネル封止部は、前記表示パネル保持部により固定された前記表示パネルの側面部分を覆うカバー・フレームと、前記カバー・フレームの開口部分を塞ぐ蓋部を有する、上記（１０）に記載の頭部装着型表示装置。
（１２）前記蓋部は、前記表示パネルの基板側に面接触するヒート・シンクである、上記（１１）に記載の頭部装着型表示装置。
（１３）前記ヒート・シンクを前記表示パネルの基板側に面接触させたときに生じる間隙を充填する熱伝導性グリースをさらに有する、上記（１２）に記載の頭部装着型表示装置。
（１４）画像を表示する表示パネルを含む表示パネル部と、前記表示パネル部を取り付ける部位と一体的に形成されたレンズを有し、前記表示パネルが表示する映像に対して光学処理する接眼光学部と、を具備する頭部装着型表示装置用の光学ユニット。

　以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

　本明細書では、本明細書で開示する技術を、フロント・エンド・ボックス及びヘッド・マウント・ユニットからなるヘッド・マウント・ディスプレイに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本明細書で開示する技術の要旨は特定のヘッド・マウント・ディスプレイの構成に限定されるものではない。表示パネルと光学系を一体化させるさまざまなタイプの表示装置に対して、本明細書で開示する技術を同様に適用することができる。

　要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

　１０…ヘッド・マウント・ユニット
　２０…ブルーレイ・ディスク再生装置
　３０…ハイビジョン・ディスプレイ
　４０…フロント・エンド・ボックス
　３０１…操作部
　３０２…制御部
　３０３…映像制御部
　３０４…ＯＳＤ制御部
　３０５…ＭＩＳＣ制御部
　３０６…映像入力インターフェース
　３０７…映像バッファー
　３０８…ＯＳＤバッファー
　３０９…画像合成部
　３１０…表示制御部
　３１１Ｌ…左眼用表示パネル、３１１Ｒ…右眼用表示パネル
　３１２Ｌ…左眼用接眼光学レンズ部、３１２Ｒ…右眼用接眼光学レンズ部
　４０１…レンズ鏡筒、４０２…パネル・ホルダー
　４０３…パネル部、４０４…カバー・フレーム
　４０５…ヒート・シンク
　１０００…透明樹脂成形部品
　１００１…レンズ部分、１００２～１００５…固着ピン
　１１０１…接眼光学部、１１０１－１～１１０１～ｎ…レンズ
　１１０２…表示パネル
　１１０３…パネル部、１１０３Ａ…パネル外枠
　１１０４…カバー・フレーム、１１０５…ヒート・シンク
 

Claims (14)

1. 　画像を表示する表示パネルを含む表示パネル部と、
   　前記表示パネル部を取り付ける部位と一体的に形成されたレンズを有し、前記表示パネルが表示する映像に対して光学処理する接眼光学部と、
   　映像信号を処理する映像信号処理部と、
   　前記映像信号処理部で処理された映像信号に基づいて、前記表示パネルを駆動する表示制御部と、
   を具備する頭部装着型表示装置。
2. 　前記取り付ける部位を有するレンズは、透明樹脂成形レンズからなり、前記取り付ける部位が一体成形される、
   請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
3. 　前記取り付ける部位は、前記透明樹脂成形レンズに一体成形された複数の固着ピンからなり、
   　前記固着ピンを前記表示パネル部側に穿設された固着穴に挿通させて、前記表示パネル部を前記接眼光学部に取り付ける、
   請求項２に記載の頭部装着型表示装置。
4. 　前記固着ピンは、前記透明樹脂成形レンズ表面上で、前記表示パネルの有効エリアに表示された映像の光が通過しない場所に配設される、
   請求項３に記載の頭部装着型表示装置。
5. 　前記複数の固着ピンは、前記透明樹脂成形レンズの光学中心に対し対称となる位置に配設される、
   請求項３に記載の頭部装着型表示装置。
6. 　前記接眼光学部は、複数のレンズを有し、前記取り付ける部位と一体となるレンズは、前記表示パネルに最も近接する、
   請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
7. 　前記表示パネルを冷却する表示パネル冷却部をさらに備える、
   請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
8. 　前記表示パネル冷却部は、前記表示パネルの基板側に面接触するヒート・シンクを有する、
   請求項７に記載の頭部装着型表示装置。
9. 　前記ヒート・シンクを前記表示パネルの基板側に面接触させたときに生じる間隙を充填する熱伝導性グリースをさらに有する、
   請求項８に記載の頭部装着型表示装置。
10. 　前記表示パネルの発光面を封止する表示パネル封止部をさらに備える、
    請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
11. 　前記表示パネル封止部は、前記表示パネル保持部により固定された前記表示パネルの側面部分を覆うカバー・フレームと、前記カバー・フレームの開口部分を塞ぐ蓋部を有する、
    請求項１０に記載の頭部装着型表示装置。
12. 　前記蓋部は、前記表示パネルの基板側に面接触するヒート・シンクである、
    請求項１１に記載の頭部装着型表示装置。
13. 　前記ヒート・シンクを前記表示パネルの基板側に面接触させたときに生じる間隙を充填する熱伝導性グリースをさらに有する、
    請求項１２に記載の頭部装着型表示装置。
14. 　画像を表示する表示パネルを含む表示パネル部と、
    　前記表示パネル部を取り付ける部位と一体的に形成されたレンズを有し、前記表示パネルが表示する映像に対して光学処理する接眼光学部と、
    を具備する頭部装着型表示装置用の光学ユニット。
     

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