导光棱镜和图像显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对来自显示元件的影像光进行导光并在观察者的视野内显示显示图像的虚像的导光棱镜以及使用该导光棱镜的图像显示装置。
【背景技术】
[0002]近年来，提出了佩戴在头部或眼镜上的小型且可穿戴的图像显示装置。作为这种图像显示装置，例如公知有如下装置:通过透明的导光部件将小型图像显示元件中显示的图像的影像光导光至眼前，作为被放大的虚像显示在观察者的视野内(例如参照专利文献
1、2)。特别是通过从壳体上露出该导光部件的一部分，能够小型、轻量地构成眼睛周边部分的装置尺寸，这种小型轻量的导光部件不会大幅遮挡视场，能够作为能够始终穿戴在身上进行使用的可穿戴设备进行使用。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2010-122478号公报
[0006]专利文献2:日本特开2012-203113号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]但是，当不将导光部件收纳在壳体内部而将其露出时，在室外使用时，太阳光直接照射到导光棱镜，产生各种问题。特别地，外部光从自导光棱镜前端部入射，直接到达显示元件，从而对显示元件的晶体管等造成影响，有时成为影像紊乱和对比度降低的主要原因。
[0009]对此，还考虑了利用涂装等覆盖导光棱镜的方法，但是，由于小型轻量的导光部件的涂装面积较小，所以，在使用者接触的部位中，涂装容易剥落，当涂装在使用中剥落时，夕卜部光遮断效果消失，外部光到达显示元件，由此可能产生图像紊乱。
[0010]因此，着眼于这些方面而完成的本发明的目的在于，提供能够作为导光部件使用、且减少了到达显示元件的外部光的光量的导光棱镜和使用该导光棱镜的图像显示装置。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本发明的主旨结构如下所述。
[0013]本发明的导光棱镜具有:入射面，其入射来自显示元件的影像光;一个以上的反射面，其对入射的影像光进行反射，至少包含出射侧反射面；以及出射面，其与所述出射侧反射面构成锐角，朝向观察者的眼球射出在该出射侧反射面反射后的影像光，其特征在于，如下的前端面的至少一部分为曲面，其中，所述前端面是位于所述出射侧反射面与所述出射面之间、且在所述出射侧反射面与所述出射面之间的宽度变窄的方向上从所述出射侧反射面和所述出射面的端部最突出的面。
[0014]并且，在本发明的导光棱镜中，优选所述前端面具有多个凸部分。
[0015]进而，在本发明的导光棱镜中，优选所述前端面具备在所述导光棱镜内具有曲率中心的部分和在所述导光棱镜外具有曲率中心的部分。
[0016]进而，在本发明的导光棱镜中，优选所述出射面形成为透镜面，当设所述出射面的焦距为Π、所述前端面的具有最大曲率的截面上的焦距为f2时，满足f2〈n/2的关系。
[0017]这里，本发明的图像显示装置的特征在于，该图像显示装置具有:显示元件，其射出影像光;上述任意一项所述的导光棱镜；以及支承部，其用于在观察者的头部固定支承所述显示元件和所述导光棱镜。
[0018]并且，在本发明的图像显示装置中，优选当设所述前端面的具有最大曲率的截面上的焦距为f2、从所述前端面到所述显示元件的光路长度为L时，满足以下关系。
[0019]f2<L/2
[0020]发明效果
[0021]根据本发明，能够提供能够作为导光部件使用、且减少了到达显示元件的外部光的光量的导光棱镜和使用该导光棱镜的图像显示装置。
【附图说明】
[0022]图1是示出本发明的第I实施方式的图像显示装置的立体图。
[0023]图2A是示出本发明的第I实施方式的导光棱镜的俯视图。
[0024]图2B是示出本发明的第I实施方式的导光棱镜的主视图。
[OO25 ]图3 A是不出现有的导光棱镜中的外部光的光路的一例的俯视图。
[0026]图3B是不出现有的导光棱镜中的外部光的光路的一例的主视图。
[0027]图4A是示出本发明的第I实施方式的导光棱镜中的外部光的行进的状况的俯视图。
[0028]图4B是示出本发明的第I实施方式的导光棱镜中的外部光的行进的状况的主视图。
[0029]图5是示出本发明的第2实施方式的导光棱镜中的外部光的行进的状况的主视图。
[0030]图6是示出本发明的第3实施方式的导光棱镜中的外部光的行进的状况的俯视图。
【具体实施方式】
[0031]下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行详细地例示说明。
[0032]〈第I实施方式〉
[0033]图1是示出本发明的第I实施方式的图像显示装置I的立体图。该图像显示装置I具有:支承部2，其具有眼镜的形状，在观察者的头部固定支承图像显示装置整体;主体部3，其固定在支承部2的边撑(侧头部的框架)上，内置有显示元件4(参照图2);以及导光棱镜5，其一端部由主体部3支承，另一个端部在装配在观察者上的状态下延伸到观察者的眼前。在主体部3中，除了显示元件4以外，还具有用于在显示元件4上显示图像的电子电路、用于以有线或无线的方式从主体部3的外部接收影像数据的通信功能等。
[0034]图2A是示出本发明的一个实施方式的导光棱镜5的俯视图，图2B是示出本发明的一个实施方式的导光棱镜5的主视图。如图2A、图2B所不，该导光棱镜5具有:入射面6a，其入射来自显示元件4的影像光;一个以上的反射面(在图示例子中，反射面仅具有I个出射侧反射面6b)，其对入射的影像光进行反射，至少包含出射侧反射面6b;以及出射面7，其与出射侧反射面6b构成锐角，朝向观察者的眼球射出在该出射侧反射面6b反射后的影像光。该出射面7形成为透镜面。
[0035]这里，显示元件4是显示应该观察的图像的液晶显示元件或有机EL元件等，内置于图1所示的主体部3内。该显示元件4中显示的图像的影像光入射到导光棱镜5的入射面6a。优选在显示元件4与导光棱镜5的入射面6a之间设置用于保护显示元件4的保护窗(未图示)。
[0036]这里，如图2A、图2B所示，该导光棱镜5是由透明树脂构成的一个方向较长的棱镜。导光棱镜5在影像光的行进方向即长度方向的两端具有入射面6a和反射面6b，在入射面6a与反射面6b之间，以包围影像光的光路的方式具有第I侧面8a、第2侧面8b、第3侧面8c和第4侧面8d。在观察者装配了图像显示装置I的状态下，第I侧面8a位于朝向观察者的正面的面，第2侧面Sb是朝向观察者的正面的相反侧的面。并且，第3侧面Sc是导光棱镜的上侧的面，第4侧面8d是导光棱镜5的下侧的面。即，第I侧面8a和第2侧面8b是相互对置的面，第3侧面8c和第4侧面8d是相互对置的面。
[0037]在图2A、图2B中，第I?第4侧面8a?8d构成为平面，分别与入射面6a大致垂直。但是，第I?第4侧面8a?Sd也可以具有些许弯曲，并且，也可以构成为相比于反射面6b侧，入射面6a侧的宽度较宽。例如，关于第3侧面Sc与第4侧面Sd之间的距离，也可以设为与入射面6a侧相比，使反射面6b侧较窄。
[0038]反射面6b形成为相对于导光棱镜5的长度方向使内侧面朝向观察者侧倾斜大约45°的斜面。该反射面6b通过铝溅射等形成为反射镜面，以使得在导光棱镜5内沿长度方向行进的影像光进行全反射。另外，根据导光棱镜5的材料的折射率和反射面的角度等条件，不利用反射膜对表面进行涂层，也能够形成全反射面。
[0039]并且，在第I侧面8a的与反射面6b相邻的部分设置有出射面7。出射面7形成为位于在反射面6b反射后的影像光朝向眼球的光路上的凸面。该出射面7与导光棱镜5—体形成。通过使用树脂进行一体成型，能够大量且廉价地制造导光棱镜5。但是，也可以在形成为平面的第I侧面8a上接合平凸透镜来形成出射面7。另外，在图2A、图2B以后的附图中，利用单点划线示出出射面7的光轴。光轴在反射面6b中屈曲并穿过显示元件4的中心。在入射面6a与反射面6b之间，光轴的方向与导光棱镜5的长度方向一致。
[0040]这里，在图2A、图2B中，设导光棱镜5的长度方向中的影像光的正规光的行进方向为前方(在图示例子中为X轴的正方向)。此时，如图2A所示，在本实施方式的导光棱镜5中，还具有位于出射面7与反射面6b之间、且比出射面7的前方侧的端部E7和反射面6b的前方侧的端部E6更向前方侧突出的棱镜前端部9。即，该导光棱镜5具有设置成在反射面6b与出射面7之间的宽度变窄的方向上从反射面6b和出射面7的端部突出的棱镜前端部9a。另外，在本实施方式的导光棱镜5中，仅在前方具有棱镜前端部9，但是，鉴于外观等，可以同样设置位于出射面7与反射面6b之间、且比出射面7的后方侧的端部和反射面的后方侧的端部更向后方侧突出的棱镜前端部％。棱镜前端部9的突出宽度没有特别限定，但是，例如可以设为
0.5?2mm。并且，优选棱镜前端部9具有例如0.5?1.5mm的高度。
[0041]如图2A所示，本实施方式的导光棱镜5—体形成有朝向眼球对影像光进行导光的导光部10(在图示例子中，由入射面6a、反射面6b、第I?第4侧面8a?8b划定出的部分)、与导光部10相邻设置的板状的板部11、形成在板部11上且用于将影像光作为虚像进行观察的凸透镜部12。而且，板部11具有比导光部10更向前方侧突出的部分、即在反射面6b与出射面7之间的宽度变窄的方向上从反射面6b和出射面7的端部突出的部分即突出部lla(9)。
[0042]并且，在图示例子中，前方侧的棱镜前端部9分别具有与侧面8a、8b大致平行的两个平坦面13、14。而且，前方侧的棱镜前端部9具有与两个平坦面13、14相接且与侧面8a、8b大致垂直的前端面15a。该前端面15a是位于棱镜前端部9的最前方侧的面、即在反射面6b与出射面7之间的宽度变窄的方向上从反射面6b和出射面7的端部最突出的面。另一方面，该