光学部件及虚像显示装置制造方法

光学部件及虚像显示装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供能组装到虚像显示装置且既确保导光的光学功能又以接近于眼镜的形态使外观的形态良好的光学部件及使用其的虚像显示装置。根据作为光学部件的导光装置（20），具备沿侧方端部（SP）延伸的突起状的肋状物（60），因此在将导光装置（20）安装于例如构成虚像显示装置的其他部件时，通过以与包括第一面（S11）等自由曲面的第一及第二表面（SS1、SS2）分别设置的突起状的肋状物（60）的一部分为基准，能高精度地进行第一及第二表面（SS1、SS2）的校准，能确保虚像显示装置等的导光装置（20）的光学功能。此外，设置有第一及第二表面（SS1、SS2）的光学主体部分可接近于眼镜的形态而使外观的形态良好。
【专利说明】光学部件及虚像显示装置

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及将影像作为虚像向观察者示出的虚像显示装置，特别涉及适用于 在观察者的头部佩戴的头戴式显示器的光学部件及使用该光学部件的虚像显示装置。

【背景技术】
[0002] 作为组装于在观察者的头部佩戴的头戴式显示器（以下也称为HMD)等虚像显示装 置中的光学系统，提出了各种方案，特别地，对于在眼前使用的光学棱镜也提出了各种方案 (例如，参照专利文献1、2等)。
[0003] 关于HMD等虚像显示装置，期望发展小型化及轻质化以及通过不使画质下降来实 现宽视角化。此外，在覆盖观察者的全部视野、成为仅能看到影像光的状态时，观察者不能 判断外界的状态，会产生不安。反倒不如通过将外界和影像重叠观看而产生虚拟现实的各 种新用途。因此，期望不妨碍外界的视野而重叠显示图像光的显示器。
[0004] 考虑以上状况，可以考虑以下方案：由例如具有多个自由曲面且在观察者眼前以 透视方式配置的棱镜状的光学部件构成虚像显示装置，经该透视型的光学部件将来自图像 显示元件的影像光导向观察者的眼睛。特别地，在此类虚像显示装置中，为了提高观察者的 佩戴舒适感且使外观形态良好，一般期望接近于眼镜的形态。为了使虚像显示装置接近于 眼镜的形态，虚像显示装置中配置于眼前的导光部分的形状特别重要。
[0005] 此外，另一方面，对于构成导光部分的光学部件，实现作为导光部的功能也是重要 前提。在光学部件是包括自由曲面的复杂形状的情况下，为了高精度地维持画质等，确保组 装精度就变得重要。
[0006] 专利文献1 :日本特开平11 一 149003号公报；
[0007] 专利文献2 :日本特开平10 - 268114号公报。 实用新型内容
[0008] 本实用新型鉴于上述【背景技术】而研制，其目的是提供能组装到虚像显示装置中且 既确保导光的光学功能又接近于眼镜的形态来使外观的形态良好的光学部件及使用该光 学部件的虚像显示装置。
[0009] 为实现上述目的，本实用新型涉及的第一光学部件，其特征在于，具备：（a)第一 及第二表面，其互相相对地配置，且包括将来自影像元件的光射向观察者的眼睛以使图像 被观看的自由曲面；（b)侧方端部，其设置于第一及第二表面间；和（c)突起状的肋状物，其 沿侧方端部的至少一部分设置。
[0010] 在上述光学部件中，具备沿侧方端部的至少一部分延伸的突起状的肋状物，因此 在将光学部件安装于例如构成虚像显示装置的其他部件时，通过以与包括自由曲面的第一 及第二表面分别设置的突起状的肋状物的一部分为基准，而能高精度地进行第一及第二表 面的校准，能确保虚像显示装置等中的光学部件的光学功能。此外，设置有作为应成为覆盖 眼前的眼罩的部分的第一及第二表面的光学主体部分可接近于眼镜的形态而使外观的形 态良好。 toon] 在本实用新型的具体侧面，在上述第一光学部件中，第一及第二表面使来自影像 元件的影像反射而导向观察者的眼睛。
[0012] 在本实用新型的其他侧面，第一及第二表面形成为棱镜状的部件的表面，且使来 自作为影像元件的影像显示元件的影像的光边在该棱镜状的部件的内部反射边导向观察 者的眼睛。
[0013] 在本实用新型的另一侧面，肋状物具有安装部，该安装部能将第一及第二表面以 相对地定位的状态相对于作为第一其他部件的支撑用的框架进行安装。在该情况下，通过 将支撑用的框架作为基材、对其组装光学部件、像形成主体部等，而能简易地制造高精度的 虚像显示装置。
[0014] 在本实用新型的又一侧面，安装部具有平面部分，该平面部分在向框架安装时与 设置于该框架的抵接面接触以成为确定相对姿势的基准。在该情况下，在将光学部件向框 架安装时，能确保良好的作业性。
[0015] 在本实用新型的又一侧面，安装部配置于包括自由曲面并具有长圆状的轮廓且在 眼前配置的眼罩部的外侧。在该情况下，能可靠地防止因安装部而损伤虚像显示装置的外 观。再有，这里，长圆状包括椭圆形状和/或将椭圆形状稍变形的形状，不限于仅由平滑的 线形成的形状，也包括例如将几个曲率不同的曲线组合的形状。
[0016] 在本实用新型的又一侧面，肋状物在向框架安装时限制第一及第二表面相对于该 其他部件的相对移位。在该情况下，可防止在将光学部件向框架安装后光学部件因意外的 外力而变形、劣化。
[0017] 在本实用新型的又一侧面，该光学部件通过将导光棱镜和辅助棱镜接合而得到， 该导光棱镜是导引图像光并且能实现外界光的透视的主体部分，该辅助棱镜与导光棱镜接 合而一体固定并且辅助导光棱镜的透视功能。在该情况下，能使经虚像显示装置的视野良 好，且能提高虚像显示装置的外观的自由度。
[0018] 在本实用新型的又一侧面，在导光棱镜和辅助棱镜的边界具有半透射半反射镜 层。在该情况下，能经半透射半反射镜层同时观察影像光和外界光。
[0019] 在本实用新型的又一侧面，导光棱镜具有第一接合用肋状物来作为肋状物的一部 分，辅助棱镜具有第二接合用肋状物来作为肋状物的一部分，导光棱镜和辅助棱镜以第一 接合用肋状物和第二接合用肋状物为基准而接合。在该情况下，利用第一接合用肋状物和 第二接合用肋状物而能进行导光棱镜和辅助棱镜的精密校准。
[0020] 在本实用新型的又一侧面，导光棱镜通过注射模塑成形而形成。在该情况下，能以 高精度形成包括自由曲面的第一及第二表面。
[0021] 在本实用新型的又一侧面，肋状物具有沿侧方端部延伸的平板部，平板部沿进行 注射模塑成形的成形模具的分模线（parting line)设置。在该情况下，能简易地制造高精 度的肋状物。再有，肋状物的平板部能具有上述第一及第二接合用肋状物等的功能。
[0022] 在本实用新型的又一侧面，肋状物具有附带于平板部而相当于注射模塑成形时的 树脂的流入口的浇口（gate)部。在该情况下，能与肋状物一并将浇口部从外观隐藏，能使 浇口部的去除等作业变简易。
[0023] 在本实用新型的又一侧面，光学部件在第一表面和平板部之间还具备相对于与平 板部垂直的面倾斜的连接面。在该情况下，能使连接面具有成形时的拔模锥度，能提高第一 及第二表面的转印精度。
[0024] 在本实用新型的又一侧面，具有与靠近佩戴者的脸部的里侧的第二表面相邻且相 对于第二表面呈钝角的倾斜侧面。在该情况下，能减小光学部件中的有效光路外的部分而 实现光学部件的轻质化，并且能使组装有光学部件的虚像显示装置的外观和/或佩戴状态 接近于眼镜。
[0025] 在本实用新型的又一侧面，在第一表面和第二表面之间，具有包括倾斜侧面且在 佩戴时沿佩戴者的脸部延伸的锥面。在该情况下，能实现使光学部件更接近佩戴者的眼睛 的光学设计。
[0026] 在本实用新型的又一侧面，锥面具有分别与眼窝上缘、脸颊及鼻子对应的三个平 坦面部分来作为倾斜侧面。在该情况下，对于平坦面部分，不限于完全的平面，包括具有平 缓曲率的曲面和/或自由曲面。
[0027] 在本实用新型的又一侧面，具有连接部，该连接部在与设置于使影像光入射侧的 作为第二其他部件的像形成主体部连接时能进行第一及第二表面相对于该第二其他部件 的相对校准。在该情况下，能精密地校准像形成主体部和光学部件，能使由虚像显示装置向 佩戴者提供的影像成为期望的影像。
[0028] 在本实用新型的又一侧面，连接部是通过与像形成主体部嵌合而能在其与该像形 成主体部之间进行姿势的校准的嵌合部。在该情况下，能提高像形成主体部和光学部件的 固定的作业性，能以更高精度使由虚像显示装置向佩戴者提供的影像成为良好的影像。
[0029] 在本实用新型的又一侧面，光学部件还具备：被施加于表面的至少形成第一及第 二表面的硬涂层；和液体下滴导引部，其控制硬涂层成膜时的涂敷液的流动。在该情况下， 能由硬涂层抑制第一及第二表面的劣化，且能使浸渍型的硬涂层的成膜的作业性良好以减 少涂敷不匀。
[0030] 在本实用新型的又一侧面，液体下滴导引部形成于前端侧，该前端侧与使影像光 入射的基侧相对。在该情况下，可使前端侧朝下地吊起来对硬涂层用液槽浸渍和/或提起， 能进一步减少涂敷不匀。
[0031] 本实用新型涉及的第二光学部件，（a)具备第一及第二表面，其互相相对地配置， 且包括将来自影像元件的光射向观察者的眼睛以使得图像被观看的自由曲面，（b)第一表 面及第二表面分别包括具有长圆状轮廓的曲面。
[0032] 在上述光学部件中，第一表面及第二表面分别包括具有长圆状轮廓的曲面，因此 设置有第一及第二表面的光学主体部分可接近于眼镜的形态而使外观的形态良好。
[0033] 在本实用新型的具体侧面，在上述第二光学部件中，具有曲面且配置于眼前的眼 罩部具有液滴状的外观，其中曲面具有上述长圆状轮廓。作为光学主体部分的眼罩部更接 近于眼镜的形态。
[0034] 本实用新型涉及的另一导光装置具备（a)第一及第二表面，其互相相对地配置，且 包括将来自影像元件的光射向观察者的眼睛以使得图像被观看的自由曲面，（b)锥面，其在 第一表面与第二表面之间设置且相对于第二表面呈钝角并且在佩戴时沿佩戴者的脸部延 伸。
[0035] 在上述导光装置中，在第一表面与第二表面之间设置的锥面相对于第二表面呈钝 角并且在佩戴时沿佩戴者的脸部延伸，因此能使导光装置成为更接近佩戴者的眼睛的光学 设计。结果，能使设置有第一及第二表面的光学主体部分接近于眼镜的形态而使外观的形 态良好。再有，通过设置锥面，也能减少导光装置中的有效光路以外的部分而实现导光装置 的轻质化。
[0036] 在本实用新型的具体侧面，在上述导光装置中，第一表面和第二表面分别包括具 有长圆状轮廓的曲面。在该情况下，锥面的形成变得更容易。
[0037] 在本实用新型的另一侧面，具备沿在第一表面与锥面间设置的侧方端部的至少一 部分延伸的突起状的肋状物。该情况下，在将导光装置组装到例如构成虚像显示装置的其 他部件时，通过以与第一及第二表面分别设置的突起状的肋状物的一部分为基准，而能高 精度地进行第一及第二表面的校准，能确保虚像显示装置等中的导光装置的光学功能。
[0038] 为实现上述目的，本实用新型涉及的虚像显示装置具备：影像元件，其产生影像 光；和上述任一项记载的光学部件，其将来自影像元件的影像光射向观察者的眼睛以使得 图像被观看。
[0039] 在上述虚像显示装置中，通过使用上述光学部件而能确保光学功能，并且能接近 于眼镜的形态而使外观的形态良好。
[0040] 在本实用新型的具体侧面，虚像显示装置还具备框架，该框架以将光学部件配置 于观察者的眼前的方式支撑影像元件和光学部件。在该情况下，通过使用上述光学部件，而 能经框架来既高精度地维持与影像显示元件的相对位置又可靠地使其固定。

【专利附图】

【附图说明】
[0041] 图1 (A)是说明第一实施方式的导光装置(光学部件)的外观及结构的立体图，（B) 是从与（A)不同的方向观察导光装置的状态的立体图。
[0042] 图2是用于对通过使用成形模具的注射模塑成形所进行的棱镜的成形进行说明 的成形模具的侧剖视图。
[0043] 图3是用于对硬涂层的成膜进行说明的立体图。
[0044] 图4是说明组装有导光装置的第二实施方式的虚像显示装置的外观的立体图。
[0045] 图5 (A)是表示虚像显示装置的整体的立体图，（B)是表示从虚像显示装置取下 外装部件和/或保护件后的内部结构的立体图。
[0046] 图6是表示为了说明虚像显示装置的第一显示装置的结构而取下外装部件后的 状态的立体图。
[0047] 图7 (A)及（B)是说明虚像显示装置中的棱镜及投影透镜向框架固定的固定方法 的分解立体图。
[0048] 图8是构成虚像显示装置的第一显示装置的关于上下的对称面的剖视图。
[0049] 图9 (A)是说明作为本实用新型的第三实施方式的虚像显示装置的主视图，（B)是 说明虚像显示装置中的第一显示装置的结构的俯视图。
[0050] 图10是说明变形例的虚像显示装置的图。
[0051] 附图标记说明：
[0052] AP眼前形成部 A0周围部分 AX1-AX5光轴 ΑΧ0出射侧光轴 ΒΡ 接合部 CP连接部(嵌合部）CS1、CS2 连接面 CV腔体 EC眼罩部 ΕΥ 眼睛 F1、F2平板部分FB1、FB2平板部 GP1、GP2浇口部 GL影像光 01像 面PL分模线 Q1第一其他部件 Q2第二其他部件 R1第一接合用肋状物 R2 第二接合用肋状物 冊光反射膜 RP基部S11 - S16第一一第六面 S21 - S23 基准面 S31 - S33平坦面部分(倾斜侧面） S51 - S53第一一第三透射面 S91- S95转印面SL照明光 SP侧方端部 SS1第一表面 SS2第二表面 TP锥面 10导光棱镜 l〇g安装部 10h平面部分 l〇k框架安装用肋状物 10η、 l〇P接合用肋状物 11第一棱镜部分 12第二棱镜部分 15半透射半反射镜 层 18液体下滴导引部 20导光装置 27硬涂层 30投影透镜 39镜筒 39a接合止动部件 39g安装部 50辅助棱镜 60肋状物 61e固定部61f 固定部 61x凸部孔 65a、65b侧方端部 68e抵接面70投影透视装置 80 图像显示装置 81照明装置 82影像显示元件 84驱动控制部 90成形模 具 91、92模具 100虚像显示装置 100A第一显示装置 100B第二显示装 置 101a第一光学部分 101b第二光学部分 102框架 102η限制部104镜 腿部分 l〇5a第一像形成主体部(像形成主体部） 105b第二像形成主体部(像形成 主体部）

【具体实施方式】
[0053] 第一实施方式
[0054] 下面参照附图来详细说明本实用新型涉及的作为第一实施方式的光学部件的导 光装置等。
[0055] 图1 (A)及图1 (B)所示的导光装置20具备：在与形成像相关的其他部件或作为 像形成主体部的投影透镜30 (参照图1 (A))侧配置的导光棱镜10和夹着导光棱镜10而 在投影透镜30的相反侧配置的作为光透射部件的辅助棱镜50,该导光装置20是通过将导 光棱镜10及辅助棱镜50接合而一体化的光学部件。在导光装置20中，由导光棱镜10来 导引来自投影透镜30的影像光以使其从佩戴者的眼睛或脸部的某一内侧出射，且经导光 棱镜10及辅助棱镜50而使外界光向佩戴者的眼睛的某一内侧透射。
[0056] 导光装置20是具有复杂地弯曲的立体形状的树脂制的部件，在外观上具备用于 将佩戴者的眼前覆盖的作为液滴状扁平椭圆体的眼罩部EC和从眼罩部EC细长地延伸的多 面体状的基部RP。该导光装置20具有：实现光学功能且将眼前覆盖而形成外观的、离佩戴 者的眼睛或脸部远的表侧即外侧的第一表面SS1 ;和离佩戴者的脸部近的里侧即内侧的第 二表面SS2。
[0057] 在第一表面SS1和第二表面SS2之间，如在图中部分放大地表不的那样，设置有形 成导光装置20的正面看时的轮廓的侧方端部SP，沿侧方端部SP的一部分设置有突起状的 肋状物60。虽然在后面详述，但是肋状物60例如在图1 (B)中由虚线表示范围那样与导 光装置20的正面看的上下边对应地设置，特别地，上边侧的肋状物部分分为接合用肋状物 l〇n和框架安装用肋状物10k。
[0058] 此外，导光装置20中的导光棱镜10具有眼前形成部AP、接合部BP和连接部CP。 眼前形成部AP是导光棱镜10中的、作为眼罩部EC的一部分而覆盖眼前的鼓起的部分，与 辅助棱镜50 -同形成第一表面SS1和/或第二表面SS2中的轮廓为长圆状的表面部分。接 合部BP设置于导光棱镜10的基部RP侧，且作为肋状物60的一部分而具有能实现向作为 其他部件的框架的安装的框架安装用肋状物l〇k。连接部CP是设置于使影像光入射的基部 RP侦彳，且用于将导光装置20与投影透镜30连接的部件。即、连接部CP是能进行第一及第 二表面SSI、SS2相对于投影透镜30的相对校准的部件，且是在与投影透镜30之间通过利 用嵌合的接合止动而能进行姿势的校准的嵌合部。
[0059] 此外，导光装置20中的辅助棱镜50在与使影像光入射的基部RP侧相对的前端侧 具有杆状的液体下滴导引部18。再有，通过图3来在后面详述液体下滴导引部18的功能。
[0060] 下面说明导光装置20中的、与进行影像光的导光的光学功能相关的部分。导光棱 镜10是通过注射模塑成形而一体形成的树脂制的部件，在功能上，可考虑分为：离未图示 的影像显示元件较远的光出射侧的第一棱镜部分11和离未图示的影像显示元件较近的光 入射侧的第二棱镜部分12。
[0061] 第一棱镜部分11具有第一面S11、第二面S12、第三面S13来作为具有光学功能的 面，第二棱镜部分12具有第四面S14、第五面S15、第六面S16来作为具有光学功能的面。其 中，第一面S11和第四面S14相邻，第三面S13和第五面S15相邻，在第一面S11和第三面 S13之间配置第二面S12,在第四面S14和第五面S15之间配置第六面S16。
[0062] 在导光棱镜10中，第一面S11、第二面S12、第三面S13、第四面S14、第五面S15、第 六面S16全部是自由曲面，且与成像相关。
[0063] 下面，简单地说明导光装置20所形成的导光的光路。来自作为其他部件的投影透 镜30的影像光首先向导光棱镜10中的第二棱镜部分12的第六面S16入射，由第五面S15 反射，再由第四面S14反射。接着，影像光向第一棱镜部分11的第三面S13入射而被全反 射，并向第一面S11入射而被全反射。由第一面S11全反射的影像光向第二面S12入射，且 部分地被反射而再次入射第一面S11而通过。再有，虽然在后面详述，但是，第二面S12实 现透视，因此具有半透射半反射镜层15,边部分地透射影像光也边进行反射。利用在第一面 S11通过的影像光，观察者能观察到图像。此外，第一面S11和第三面S13配置于眼睛EY的 正面，且相对于观察者呈凹面形状，在使得外界光通过第一面S11和第三面S13来观察时， 视度大体为零。
[0064] 下面说明附带于导光棱镜10而在最靠近投影透镜30侧设置的连接部CP。连接部 CP是附带于导光棱镜10的基部RP或第二棱镜部分12而设置的突起状的部件，具有从第六 面S16的上端侧和下端侧朝向应被连接的投影透镜30分别延伸的第一安装基准面S21和 第二安装基准面S22。再有，连接部CP具有由第一及第二安装基准面S21、S22夹着地设置 的第三安装基准面S23。第一?第三安装基准面S21?S23中的、第一安装基准面S21和第 二安装基准面S22是互相平行地配置的平面，第三安装基准面S23是与第一及第二安装基 准面S21、S22垂直地配置的平面。通过具有第一?第三安装基准面(平面）S21?S23,连 接部CP能在将导光棱镜10和作为其他部件的投影透镜30连接时用于校准。
[0065] 辅助棱镜50与导光棱镜10 -体固定来构成作为一个光学构件的导光装置20。 辅助棱镜50是辅助导光棱镜10的透视功能的棱镜，且是具有第一透射面S51、第二透射面 S52和第三透射面S53来作为具有光学功能的侧面的光透射部件。这里，在第一透射面S51 和第三透射面S53之间配置有第二透射面S52。第一透射面S51位于将导光棱镜10的第一 面S11延长而成的曲面上，第二透射面S52是相对于第二面S12通过粘接层CC来接合而一 体化的曲面，第三透射面S53位于将导光棱镜10的第三面S13延长而成的曲面上。其中，第 二透射面S52和导光棱镜10的第二面S12通过接合而一体化，因此具有大体相同曲率的形 状。此外，在该情况下，在分别将第一面S11及第三面S13延长而成的第一透射面S51及第 三透射面S53中，也在观察通过的外界光时维持视度大体为0的状态。再有，由第三面S13 和第三透射面S53在眼前形成第一表面SS1中的轮廓为长圆形的表面，由第一面S11和第 一透射面S51在眼前形成第二表面SS2中的轮廓为长圆形的表面。
[0066] 辅助棱镜50在可见光带域表现出高的光透射性，辅助棱镜50的主体部分包含具 有与导光棱镜10的棱镜主体l〇s大体相同的折射率的热塑性树脂材料来形成。再有，辅助 棱镜50通过在将主体部分与导光棱镜10的棱镜主体10s接合后在已接合的状态下与棱镜 主体10s -同被进行由硬涂敷所实现的成膜而形成。即、辅助棱镜50与导光棱镜10同样， 在主体部分的表面被施加了硬涂层27。
[0067] 这里，在导光棱镜10中的、作为与辅助棱镜50接合的接合部位的第二面S12中， 为了实现透视，而成为使用半透射半反射镜的构成。具体地，第二面S12是导光棱镜10的 表面，在该表面附带有半透射半反射镜层15。该半透射半反射镜层15是具有光透射性的 光反射膜RM (即半透射半反射膜)。半透射半反射镜层(半透射半反射膜)15形成于第二面 S12的一部分的部分区域PA上。半透射半反射镜层15通过形成金属反射膜和/或电介质 多层膜而形成，半透射半反射镜层15对于影像光GL的反射率出于能容易地进行透视所实 现的对于通过辅助棱镜50的外界光的观察的观点，而在假想的影像光GL的入射角范围内 成为10%以上且50%以下。具体实施例的半透射半反射镜层15对于影像光GL的反射率设 定为例如20%，对于影像光GL的透射率设定为例如80%。
[0068] 下面说明在导光装置20的大体整周范围内设置的肋状物60。肋状物60是作为 导光棱镜10及辅助棱镜50的一部分而附带地设置，且包围导光装置20的周缘的树脂制部 件。肋状物60具有：框架安装用肋状物10k，该框架安装用肋状物10k具有在组装虚像显 示装置时能向作为其他部件的框架安装的安装部l〇g ;和接合用肋状物10n、10p，该接合用 肋状物l〇n、10p沿第一表面SS1及第二表面SS2延伸地在上端侧和下端侧分别形成且在导 光棱镜10和辅助棱镜50的接合时成为定位基准。这里，将上端侧的接合用肋状物设为接 合用肋状物l〇n，将下端侧的接合用肋状物设为接合用肋状物10p。
[0069] 在框架安装用肋状物10k中，安装部10g具有平面部分10h，该平面部分10h配置 于眼罩部EC的外侧，且在向上述未图示的框架安装时与在该框架设置的抵接面接触而成 为确定相对姿势的基准。通过具有平面部分l〇h，在将导光装置20向上述框架安装时，能确 保良好的作业性。
[0070] 此外，上述接合用肋状物10n、10p中的上端侧的接合用肋状物10η具有作为平板 形状的平板部FBI。同样地，下端侧的接合用肋状物10p具有平板部FB2。虽然详情在后面 描述，但是，平板部FBI、FB2在导光棱镜10和辅助棱镜50的接合时成为定位时的基准。特 别地，包括上端侧平板部FBI的接合用肋状物10η在向上述未图示的框架安装时以具有微 小间隙的松动配合状态插入在该框架中作为止动部设置的槽状限制部，从而也作为限制相 对于框架的相对移位的部件发挥功能。此外，上端侧的接合用肋状物l〇n具有附带于平板 部FBI而形成的浇口（gate)部GP1、GP2。浇口部GP1、GP2相当于通过注射模塑成形来分 别形成导光棱镜10和/或辅助棱镜50时的树脂的流入口，如图所示，成为与平板部FBI相 比具有一定厚度的块状部分。
[0071] 这里，如图1 (B)所示，在第一表面和第二表面之间，除了设置肋状物60的侧方端 部SP之外，还设置有将作为第二表面SS2的一部分的第一面S11整体包围地形成的锥面 TP。该锥面TP包括相对于第一面S11呈钝角的倾斜面，包括在佩戴时沿佩戴者的脸部的一 部分延伸的倾斜侧面。这样，导光装置20能成为更接近佩戴者的眼睛的光学设计。更具体 地，锥面TP具有与眼窝上缘、脸颊以及鼻子分别对应的三个平坦面部分S31、S32、S33来作 为倾斜侧面。这里，如图所示，对于平坦面部分S31、S32、S33,由相应于脸部的各部分(眼窝 上缘、脸颊以及鼻子）的轮廓形状而具有适当的平缓的曲率的曲面和/或自由曲面来形成， 不限于完全的平面。此外，包括三个平坦面部分S31、S32、S33的锥面TP设置成：在不对导 光棱镜10的第一面S11等所进行的影像光的导光产生影响的范围内，并且通过成为朝外侧 变宽的形状而成为在导光装置20的导光棱镜10和辅助棱镜50所进行的外界光的取入时 不妨碍视野的范围。
[0072] 此外，如图1 (A)所示，导光装置20在第一表面SS1和平板部FBI之间具有连接 面CS1，且在第一表面SS1和平板部FB2之间具有连接面CS2。连接面CS1、CS2是相对于 与平板部FBI、FB2垂直的面分别倾斜的面。例如，通过使连接面CS1、CS2相对于与平板部 FBI、FB2垂直的面倾斜几度，而能具有成形时的拔模锥度，能提高第一及第二表面SS1、SS2 的转印精度。
[0073] 下面，参照图2来说明构成导光装置20的导光棱镜10的制作中的、作为重要部分 的树脂制的棱镜主体l〇s的成形。再有，对于辅助棱镜50也同样，因此省略图示及说明。
[0074] 图2是用于对通过使用成形模具的注射模塑成形所进行的棱镜主体10s的成形进 行说明的侧剖视图。如图所示，成形模具90的构成具有第一模具91和第二模具92,通过 将第一模具91和第二模具92夹持地将两模具91、92合模而能进行棱镜主体10s的成形。 艮P、对于处于合模的状态且形成作为内部空间的腔体CV的成形模具90,使得熔融树脂从作 为树脂向腔体CV内流入的流入口的浇口 GT流入，并适当地进行加热和/或冷却、按压和/ 或脱压等工作，从而形成具有上述自由曲面等各曲面的棱镜主体l〇s。这里，如图所示，成 形模具90具有与各面相应的转印面。具体地，在第一及第二模具91、92中，作为相对地形 成的自由曲面的转印面S91对应于有助于导光的第一面S11和/或第三面S13 (参照图1 (A)等）等。此外，转印面S92对应于包括平坦面部分S31、S32、S33等的锥面TP。另外，转 印面S93对应于连接面CS1、CS2,转印面S94、S95对应于平板部FBI、FB2即接合用肋状物 10n、10p的表面。再有，在浇口 GT的部分中切断后的剩余部成为浇口部GP1、GP2。
[0075] 这里，如图所示，与平板部FB1、FB2对应的转印面S94、S95中的转印面S95沿成形 模具90的分模线PL，转印面S94平行地沿分模线PL。即、平板部FBI、FB2沿分模线PL设 置。该情况下，肋状物60的接合用肋状物10n、10p简易且高精度，能用作导光棱镜10和辅 助棱镜50的接合时的基准面。
[0076] 下面，回到图1 (A)及图1 (B)，对以接合用肋状物10n、10p为基准的导光棱镜10 和辅助棱镜50的接合中的校准进行说明。首先，在接合前的状态下，接合用肋状物10n、10p 皆分为导光棱镜10侧的部分和辅助棱镜50侧的部分。例如，对于上端侧的接合用肋状物 l〇n，分为第一接合用肋状物R1和第二接合用肋状物R2,该第一接合用肋状物R1包括导光 棱镜10侧的浇口部GP1及应成为平板部FBI的一部分的平板部分F1，该第二接合用肋状 物R2包括辅助棱镜50侧的浇口部GP2及应成为平板部FBI的剩余一部分的平板部分F2， 通过将第一接合用肋状物R1和第二接合用肋状物R2接合而形成接合用肋状物10η。在该 接合时，通过以第一及第二接合用肋状物R1、R2中的在模具成形时沿分模线PL (参照图2) 设置的平板部分FI、F2 (平板部FBI)为基准，而能在高精度地保持导光棱镜10和辅助棱 镜50的相对位置关系的状态下使其接合。即、能以精密状态保持在导光棱镜10和/或辅 助棱镜50形成的自由曲面的相对位置关系，进而，能使导光装置20具有精度高的曲面。
[0077] 下面，参照图3来说明硬涂层27的成膜。图3表示涂敷有应成为硬涂层27的涂 敷液前后的导光装置20的状况。再有，对于涂敷液的涂敷，可以考虑各种方法，可进行例如 被称为浸渍处理的浸渍型硬涂层的成膜。在图中，双向箭头A1是与悬挂方向即重力方向G1 平行的方向。
[0078] 下面，作为成膜的一例，对通过浸渍处理所进行的硬涂层27的成膜进行简单说 明。首先，在涂敷液成膜前将应成为导光装置20的基材20s的表面用未图示的清洗液等 清洗，并保持在表面不附着灰尘等的状态而进行干燥。其次，如图3中箭头D1所示，将基材 20s浸入装满有含有树脂材料的涂敷液CL的处理槽DT中以使涂敷液CL在基材20s的整个 表面充分遍布后，如箭头D2所示，从处理槽DT将基材20s提起。通过以上的浸渍处理而进 行在整个表面范围内成膜的应成为硬涂层27的涂敷液CL的涂敷。
[0079] 在以上那样的浸渍处理后，导光装置20成为将在与基部RP侧相对的前端侧形成 的液体下滴导引部18在重力方向上使其成为最下端地吊起的状态。该情况下，能在特别需 要确保导光和/或透视的各表面不残留剩余的涂敷液CL地导向液体下滴导引部18,即对于 通过浸渍处理而在表面涂敷的涂敷液CL的流动，利用液体下滴导引部18来进行控制，可减 少涂敷不匀。此外，在该情况下，能相对硬涂敷用液槽进行浸渍和/或提起，可使作业效率 良好。
[0080] 再有，虽然液体下滴导引部18可在例如硬涂层27的成膜后切除，但是，在如图示 那样设置于前端侧的情况下，如果适用于例如双眼型的虚像显示装置，则能用设置于鼻子 侧的部件来隐藏该部位。该情况下，可不进行液体下滴导引部18的切除作业，而使得液体 下滴导引部18为外观上看不到的部件来使虚像显示装置的外形美观。
[0081] 根据以上说明的第一实施方式的导光装置20,具备沿侧方端部SP延伸的突起状 的肋状物60,因此，在将导光装置20组装到例如构成虚像显示装置的其他部件时，通过以 与包含第一面S11等自由曲面的第一及第二表面SSI、SS2分别设置的突起状的肋状物60 的一部分为基准，能高精度地进行第一及第二表面SSI、SS2的校准而确保虚像显示装置等 中的导光装置20的光学性能。此外，设置有第一及第二表面SS1、SS2的光学主体部分接近 于眼镜的形态而能使得外观的形态良好。
[0082] 第二实施方式
[0083] 下面参照附图来详细说明本实用新型涉及的第二实施方式的虚像显示装置。
[0084] 如图4所示，本实施方式的虚像显示装置100是具有眼镜那样的外观的头戴式显 示器，对于佩戴该虚像显示装置100的观察者而言，能使其观看到虚像所形成的图像光，并 且能通过透视而让观察者观看或观察到外界像。虚像显示装置100具备：能透视地覆盖观 察者的眼前的第一及第二光学部分l〇la、101b ;支撑两光学部分101a、101b的框架102 ;在 从框架102的左右两端到后方的镜腿部分(眼镜脚)104的部分添加的第一及第二像形成主 体部105a、105b。这里，将附图上左侧的第一光学部分101a和第一像形成主体部105a组合 而成的第一显示装置100A是形成右眼用的虚像的部分，也单独作为虚像显示装置发挥功 能。此外，将附图上右侧的第二光学部分l〇lb和第二像形成主体部105b组合而成的第二 显示装置100B是形成左眼用的虚像的部分，也单独作为虚像显示装置发挥功能。
[0085] 图5是将虚像显示装置100的外观和内部进行对比的图，图5 (A)表示虚像显示 装置100整体，图5 (B)表示虚像显示装置100的内部结构。图6与图5 (B)的右半部分 对应，是将虚像显示装置100的第一显示装置100A侧部分放大的立体图。
[0086] 如图所示，设置于虚像显示装置100的框架102是弯折成U形的细长板状的部件， 其具备在左右的横向（X方向）上延伸的正面部l〇2a和在前后的进深方向（Z方向）上延伸 的一对侧面部l〇2b、102c。框架102即正面部102a和侧面部102b、102c是由铝压铸件或其 他各种金属材料形成的金属制的一体部件。正面部102a的进深方向（Z方向）的宽度比与 第一及第二光学部分l〇la、101b对应的导光装置20的厚度或宽度足够厚。在作为从正面 部102a的左端部到侧面部102b的部分的侧方端部65a，第一光学部分101a和第一像形成 主体部105a被校准并用螺纹止动来直接固定而被支撑。此外，在作为从正面部102a的右 端部到侧面部l〇2c的部分的侧方端部65b，第二光学部分101b和第二像形成主体部105b 被校准并用螺纹止动来直接固定而被支撑。再有，第一光学部分l〇la和第一像形成主体部 105a通过嵌合而互相校准，第二光学部分101b和第二像形成主体部105b通过嵌合而互相 校准。
[0087] 在框架102固定有保护件108,来作为下缘状的部件或框状的部件。保护件108的 中央部108g通过嵌合和螺纹止动而固定于框架102的中央部102g。因此，如图5 (B)所 示，在框架102的中央部102g，形成固定用的凹部102k，在凹部102k的中央形成有螺纹孔。 保护件108是弯折成两段曲柄状的细长板状部件，且是包含金属材料或树脂材料而形成的 一体部件。保护件108的进深方向（Z方向）的宽度为与第一及第二光学部分101a、101b对 应的导光装置20的厚度或宽度左右。保护件108的第一前端部108i通过嵌合而相对于第 一像形成主体部l〇5a固定，保护件108的第二前端部108j通过嵌合而相对于第二像形成 主体部105b固定。
[0088] 框架102具有以下功能：不仅支撑第一及第二像形成主体部105a、105b，还与覆盖 主体部105a、105b的盖状的外装部件105d联动地保护第一及第二像形成主体部105a、105b 的内部。保护件108具有保护与第一及第二像形成主体部105a、105b连接的导光装置20的 侧边部和/或下边部的功能。即、如果框架102和/或保护件108具有足够的强度，则即使 虚像显示装置100与周围的其他物体碰撞等，也能减小在第一及第二像形成主体部105a、 105b和/或第一及第二光学部分101a、101b特别是露出的导光装置20中产生损伤和/或 位置偏移的可能性。
[0089] 在保护件108的接近中央部108g的一对纵向部分63a，分别形成有衬垫状的鼻托 部件108a。保护件108的纵向部分63a和/或横向部分63b与除了和第一及第二像形成主 体部105a、105b连接的基侧之外的导光装置20的周围部分A0离开或松缓地相接。再有， 导光装置20的周围部分A0与框架102的正面部102a也尚开或松缓地相接。这样，虽然导 光装置20在除了基侧以外的C形的周围部分A0与框架102以及保护件108接近，但是，没 有固定于框架102及保护件108。因此，即使在中央的导光装置20和包括框架102及保护 件108的框状部件109之间存在热膨胀率之差，也容许导光装置20在框状部件109内的膨 胀，能防止在导光装置20产生歪斜、变形、破损。
[0090] 如图6所示，第一显示装置100A如果改变观察方法，则具备作为投影用的光学系 统的投影透视装置70和形成影像光的图像显示装置80。投影透视装置70具有将由第一像 形成主体部l〇5a形成的图像作为虚像向观察者的眼睛投影的功能。投影透视装置70具备 导光装置20和成像用的投影透镜30。
[0091] 再有，如上所述，导光装置20将导光棱镜10和辅助棱镜50 -体化。投影透视装 置70中的导光装置20相当于图4中的第一光学部分101a，投影透视装置70的投影透镜 30和形成显示用的图像图形的图像显示装置80相当于图4中的第一像形成主体部105a。 再有，对于在辅助棱镜50的前端侧设置的液体下滴导引部18 (参照图3等)，可由例如保护 件108的一部分隐藏，或者，也可在向框架102等组装前切断。因此，在图中，省略了液体下 滴导引部18。
[0092] 参照图7 (A)及图7 (B)等，来说明第一显示装置100A向框架102的组装。构成 第一像形成主体部l〇5a的投影透镜30利用埋入其镜筒39地形成的安装部39g而直接固 定于在框架102的侧方端部65a设置的第一固定部61f。在该固定时，第一固定部61f的 背面68f和安装部39g的上端面39f等接触而实现校准，通过经螺纹孔61s将螺钉61t旋 入安装部39g而能进行能装拆且可靠的固定。此时，设置于镜筒39的凸部（boss)39x嵌合 于框架102的凸部孔61x中而限制镜筒39的旋转、也进行关于旋转的定位。另一方面，作 为第一光学部分l〇la的导光装置20利用在其颈部(相当于图1 (A)的接合部BP)形成的 突起状的安装部l〇g而直接固定于在框架102的侧方端部65a设置的第二固定部61e。再 有，安装部l〇g在第一棱镜部分11和第二棱镜部分12的边界周边向周围扩张地坚立设置。 在该固定时，在第二固定部61e的前侧部分设置的抵接面68e和作为安装部10g的背面的 平面部分10h接触而实现校准，通过经螺纹孔61u将螺钉61v旋入安装部10g而能进行能 装拆且可靠的固定。在改变观察方式时，导光装置20通过具有包括安装部10g的框架安装 用肋状物l〇k而能相对于对于导光装置20而言为其他部件的框架102 (第一其他部件Q1) 高精度地校准。再有，将图6等所示的图像显示装置80嵌入投影透镜30的镜筒39的后端 地固定。
[0093] 导光装置20通过导光棱镜10的第二棱镜部分12侧的作为前端部的连接部CP嵌 合于在投影透镜30的镜筒39的前端侧设置且开口的矩形框状的接合止动部件39a而相对 于投影透镜30定位。即、在将设置于导光装置20的导光棱镜10固定于框架102的第二固 定部61e时，将第二棱镜部分12侧的连接部CP嵌合地插入镜筒39的接合止动部件39a内。 此时，连接部CP的基准面S21?S23与接合止动部件39a的内面39m接触而实现校准。在 改变观察方式时，导光装置20通过具有连接部CP而能相对于构成对于导光装置20而言为 其他部件的像形成主体部105a的一部分的镜筒39 (第二其他部件Q2)高精度地校准。
[0094] 在框架102的正面部102a的下侧的面102m，如图7 (B)所示，设置有槽状的限制 部102η来作为止动部。在导光装置20的组装后，设置于导光装置20的导光棱镜10的肋 状物60中的、设置于上端部的突起状的接合用肋状物10η以具有微小间隙的松动配合状态 插入限制部102η。这样，能关于框架102的进深方向（图5 (Β)所示的Ζ方向）来限制导光 装置20的前端侧的移位。在改变观察方式时，肋状物60在向框架102安装时限制第一及 第二表面SSI、SS2 (参照图1 (A)等）相对于框架102的相对移位。再有，导光装置20的 接合用肋状物l〇n和框架102的限制部102η在左右的横向（X方向)上延伸，接合用肋状物 1〇η和限制部102η没有紧密附着或接合，因此能确保导光装置20相对于框架102的非固 定状态。再有，导光装置20与保护件108稍稍离开，与保护件108的关系也为非固定状态。 这样，即使在导光装置20和框架102之间存在热膨胀率之差，也容许导光装置20相对于框 架102的膨胀等。
[0095] 通过到以上为止的工序，能得到框架102和投影透视装置70的组件(参照图5 (Β))。
[0096] 再有，在以上的导光装置20的组装中，肋状物60中的接合用肋状物10η所包括的 浇口部GP1、GP2能与其他部分一同从外观隐藏，因此能使浇口部GP1、GP2的去除等作业变 得简易。
[0097] 参照图8,来说明投影透视装置70等的功能、工作等详情。在投影透视装置70中 的导光棱镜10中，第一面S11是以与Ζ轴平行的出射侧光轴ΑΧ0为中心轴的自由曲面，第 二面S12是以包含于与ΧΖ面平行的基准面（图示的剖面）且相对于Ζ轴倾斜的光轴ΑΧ1为 中心轴的自由曲面，第三面S13是以出射侧光轴ΑΧ0为中心轴的自由曲面。第四面S14是 以包含于与ΧΖ面平行的上述基准面且相对于Ζ轴倾斜的一对光轴ΑΧ3、ΑΧ4的二等分线为 中心轴的自由曲面，第五面S15是以包含于与ΧΖ面平行的上述基准面且相对于Ζ轴倾斜的 一对光轴ΑΧ4、ΑΧ5的二等分线为中心轴的自由曲面，第六面S16是以包含于与ΧΖ面平行的 上述基准面且相对于Ζ轴倾斜的光轴ΑΧ5为中心轴的自由曲面。再有，以上的第一?第六 面S11?S16具有：水平(或横向）延伸且与ΧΖ面平行并夹着光轴ΑΧ1?ΑΧ5等通过的基 准面（图示的剖面）而关于铅垂(或纵向）的Υ轴方向对称的形状。
[0098] 图像显示装置80具有：出射二维照明光SL的照明装置81 ;作为透射型空间光调 制装置的影像显示元件82 ;和控制照明装置81及影像显示元件82的工作的驱动控制部 84。
[0099] 图像显示装置80的照明装置81具有：产生含有红、绿、蓝三色的光的光源81a ;和 使来自光源81a的光漫射而成为矩形剖面的光束的背光源导光部81b。影像显示元件82 是例如由液晶显示器件形成的影像元件，将来自照明装置81的照明光SL空间性调制而形 成应成为动态图像等显不对象的图像光。驱动控制部84具备光源驱动电路84a和液晶驱 动电路84b。光源驱动电路84a向照明装置81的光源81a供给电力而使其出射稳定辉度 的照明光SL。液晶驱动电路84b通过对影像显示元件(影像元件）82输出图像信号或驱动 信号而形成成为动态图像或静止图像的来源的彩色影像光或图像光来作为透射率图形。再 有，虽然能使液晶驱动电路84b具有图像处理功能，但是，也能使外带的控制电路具有图像 处理功能。
[0100] 下面，说明虚像显示装置1〇〇中的影像光GL等的光路。从影像显示元件(影像元 件）82出射的影像光GL边由投影透镜30会聚边向设置于导光棱镜10的具有较强的正折 射能力的第六面S16入射。
[0101] 通过导光棱镜10的第六面S16的影像光GL边会聚边行进，在经过第二棱镜部分 12时，由具有较弱的正折射能力的第五面S15反射，且由具有较弱的负折射能力的第四面 S14反射。
[0102] 由第二棱镜部分12的第四面S14反射的影像光GL在第一棱镜部分11中向具有较 弱的正折射能力的第三面S13入射并被全反射，向具有较弱的负折射能力的第一面S11入 射并被全反射。再有，影像光GL在通过第三面S13前后在导光棱镜10中形成中间像。该 中间像的像面II与影像显示元件82的像面(显示装置）01对应。
[0103] 虽然由第一面S11全反射的影像光GL向第二面S12入射，但是，特别的是，向作为 光反射膜RM的半透射半反射镜层15入射后的影像光GL在该半透射半反射镜层15中部分 地透射并部分地被反射而再次向第一面S11入射并通过。再有，半透射半反射镜层15作为 对于在这里被反射的影像光GL具有较强的正折射能力的部件发挥作用。此外，第一面S11 作为对于通过其的影像光GL具有负的折射能力的部件发挥作用。
[0104] 通过第一面S11后的影像光GL作为与观察者的眼睛EY的瞳孔大体平行的光束而 入射。即、观察者通过作为虚像的影像光GL而观察在影像显示元件82上形成的图像。
[0105] 另一方面，虽然外界光HL中的、向比导光棱镜10的第二面S12靠-X侧的位置入 射的光通过第一棱镜部分11的第三面S13和第一面S11，但是，此时，正负折射能力被抵消 并且像差被修正。即、观察者透过导光棱镜10观察到失真少的外界像。同样地，外界光HL 中的向比导光棱镜10的第二面S12靠+ X侧的位置入射的光、即向辅助棱镜50入射的光， 在通过在此处设置的第三透射面S53和第一透射面S51时，正负折射能力被抵消并且像差 被修正。即、观察者透过辅助棱镜50观察到失真少的外界像。再有，外界光HL中的、向与 导光棱镜10的第二面S12相对的辅助棱镜50的重叠部分入射的光，在通过第三透射面S53 和第一面S11时，正负折射能力被抵消并且像差被修正。即、观察者透过辅助棱镜50观察 到失真少的外界像。再有，导光棱镜10的第二面S12和辅助棱镜50的第二透射面S52不 仅都具有大体相同的曲面形状，还都具有大体相同的折射率，两者的间隙由大体相同折射 率的粘接层CC填充。即、导光棱镜10的第二面S12和/或辅助棱镜50的第二透射面S52 不会相对于外界光HL作为折射面发挥作用。
[0106] 然而，向半透射半反射镜层15入射了的外界光HL在该半透射半反射镜层15中部 分地透射且部分地被反射，因此从与半透射半反射镜层15对应的方向朝向眼睛EY的外界 光HL按半透射半反射镜层15的透射率而减弱。另一方面，影像光GL从与半透射半反射镜 层15对应的方向朝向眼睛EY入射，因此观察者将观察到在半透射半反射镜层15的方向上 在影像显示元件(影像元件）82上形成的图像和外界像。
[0107] 虽然在导光棱镜10内传播而入射于第二面S12的影像光GL中的、没有被半透射 半反射镜层15反射的光向辅助棱镜50内入射，但是，可由设置于辅助棱镜50的未图示的 反射防止部来防止返回导光棱镜10。即、可防止通过第二面S12后的影像光GL返回光路上 而成为杂散光。此外，虽然从辅助棱镜50侧入射而由半透射半反射镜层15反射的外界光 HL返回辅助棱镜50,但是，可由设置于辅助棱镜50的上述未图示的反射防止部来防止向导 光棱镜10出射。即、可防止由半透射半反射镜层15反射的外界光HL返回光路上而成为杂 散光。
[0108] 如从以上说明所知那样，根据本实施方式的虚像显示装置100,导光装置20在作 为周围的一个部位的安装部l〇g直接固定于框架102,因此导光装置20的固定变得简易，容 易使虚像显示装置100轻质化，并且框架102所实现的导光装置20的支撑强度也提高。再 有，导光装置20在除了安装部10g之外的剩余的周围部分A0相对于框架102及保护件108 为非固定状态，因此即使在导光装置20和框架102等之间存在热膨胀率之差，也容许导光 装置20相对于框架102等的膨胀，可防止在导光装置20发生歪斜、变形、破损。这样，在虚 像显示装置100中，可确保导光装置20的光学功能地可靠且高精度组装。这里，由于导光 装置20接近眼镜的形态而使外观的形态良好，因此作为虚像显示装置100整体也能使形态 良好。
[0109] 此外，根据本实施方式的虚像显示装置100,保护件108将导光装置20的周围中的 除了固定于框架102的安装部10g之外的剩余周围部分A0的至少一部分覆盖地进行保护。 艮P、能由框架102和保护件108将导光装置20的周围包围并覆盖地进行保护。这样，能提 高对于使得虚像显示装置1〇〇下落的情况那样的来自随机方向的强冲击的耐用性。
[0110] 第三实施方式
[0111] 下面，对第三实施方式的虚像显示装置进行说明。再有，本实施方式的虚像显示装 置是第一实施方式的虚像显示装置1〇〇的变形例，在没有特别说明的情况下，与图1等所示 的虚像显示装置100相同。
[0112] 下面，参照图9 (A)及图9 (B)来说明本实施方式的虚像显示装置200。如图所 示，本实施方式的虚像显示装置200具备：将观察者的眼前能透视地覆盖的第一及第二光 学部件201a、201b ;支撑两光学部件201a、201b的框架102 ;在从框架102的左右两端到后 方的部分固定的第一及第二驱动部205a、205b ;和出射被二维扫描的信号光的第一及第二 影像兀件206a、206b。将附图中左侧的第一光学部件201a和第一驱动部205a和第一影像 元件206a组合而成的第一显示装置100A是形成右眼用的虚像的部分，也单独作为虚像显 示装置发挥功能。此外，将附图中右侧的第二光学部件201b和第二驱动部205b和第二影 像元件206b组合而成的第二显示装置100B是形成左眼用的虚像的部分，仅使第一显示装 置100A的左右颠倒，具有与第一显示装置100A相同的功能。
[0113] 在第一显示装置100A中，第一影像元件206a形成已进行强度调制的信号光并且 将该信号光作为扫描光TL来出射。第一光学部件201a是通过将来自第一影像兀件206a 的扫描光TL反射而形成图像光GL的被照射部件，具有将该图像光GL导向眼睛ΕΥ的功能。 第一驱动部205a具有包括经未图示的光纤等对第一影像元件206a供给照明光的光源、使 第一影像元件206a等工作的控制电路等的主体部分280。
[0114] 第一影像元件206a组装于鼻托部件108a，相对于框架102间接固定。第一影像 元件206a具有：基于控制信号来调制来自主体部分280的照明光的信号光调制部281和扫 描并出射经信号光调制部281的信号光的扫描光学系统282。这里，扫描光学系统282包 括MEMS镜等构成，通过与由信号光调制部281所进行的信号光的调制同步地使姿势变化， 而进行通过调整信号光的光路来使射向第一光学部件201a内面的光线(扫描光TL)的出射 角度纵横变化的二维扫描。
[0115] 第一光学部件201a配置成在第一影像兀件206a的前方或在光出射方向上覆盖佩 戴者的眼睛EY的前方。第一光学部件201a具有：接受扫描光的照射的作为半透射膜的半 透射反射膜285和支撑固定半透射反射膜285的支撑部件286。这样，不仅图像光GL所形 成的虚像进入佩戴者的眼睛EY，来自外界的光也进入佩戴者的眼睛EY，虚像显示装置200 成为能重叠地观察两种光的透视构成。再有，虽然半透射反射膜285也可以是半透射半反 射镜，但是，也可以是全息元件或其他衍射型光学元件。
[0116] 虽然第一光学部件201a不是第一实施方式的第一光学部件101a那样的内部传播 型的导光部，但是，也可与第一实施方式的情况同样地具有覆盖眼前的薄椭圆形状，且在作 为外周的一部分的周围部分A0具有安装部10g和肋状物10η。
[0117] 对第一光学部件201a向框架102的组装进行说明。第一光学部件201a利用在周 围部分A0形成的突起状的安装部10g而直接固定于在位于框架102的侧方的侧方端部65a 设置的第二固定部61e，成为相对于第一影像元件206a等被校准的状态。在框架102,设置 有槽状的限制部l〇2n来作为止动部。在安装第一光学部件201a后，在第一光学部件201a 的上端部设置的突起状的肋状物l〇n以具有微小间隙的松动配合状态插入限制部102η中。 这样，可关于框架102的进深方向来限制第一光学部件201a的前端侧的移位。再有，第一 光学部件201a中的除了安装部10g之外的部分，与框架102及保护件108稍稍离开，与框 架102和保护件108的关系成为非固定状态。
[0118] 下面说明图像形成的工作。首先，第一影像元件206a中的信号光调制部281与构 成图像的像素的辉度对应地形成已将照明光调制的信号光并出射。从信号光调制部281出 射的信号光向作为扫描部的扫描光学系统282入射。扫描光学系统282将信号光作为扫描 光TL向第一光学部件201a出射。在第一光学部件201a中，通过使扫描光TL入射，而由在 这里的作为反射光的图像光GL来形成虚像，通过观察者用眼睛EY捕捉该虚像而辨认图像。
[0119] 以上，结合实施方式说明了本实用新型，但是，本实用新型不限于上述实施方式， 在不脱离其主旨的范围内能以各种方式来实施，例如，也可进行以下的变形。
[0120] 在上述说明中，在导光棱镜10中，各面S11-S16全部为自由曲面，但是，并不限于 此，例如也可一部分包含自由曲面以外的曲面。
[0121] 此外，在上述说明中，将框架102和投影透镜30分体通过螺纹止动来将投影透镜 30固定于框架102,但是，也可将投影透镜30的镜筒39与框架102 -体成形。作为将镜筒 39与框架102 -体成形的方法，有基体上注塑成形（outsert molding)、压铸一体成形后的 镜筒部切取等方法。
[0122] 对于导光装置20或投影透镜30不限于螺纹止动所形成的连接，也可通过各种方 法来固定于框架102。
[0123] 在以上的说明中，在框架102安装有保护件108,但是，对于保护件108,也能省略 该部件。该情况下，也可以将图5 (B)等所示的框架102维持为原形状不变，在框架102的 中央部102g连接设置有鼻托部件108a的辅助部件，但是，也能预先准备一体设置有辅助部 件的框架102。该辅助部件能与保护件108的纵向部分63a同样地用作保护导光装置20的 部件。再有，也能一体制作框架102和保护件108。
[0124] 在以上的说明中，导光装置20在框架102侧以悬臂状态被支撑，但是，也可将导光 装置20用框架102和/或保护件108从周围支撑。此时，优选在框架102和/或保护件 108设置容许导光装置20的相对伸缩的部件或机构。
[0125] 在以上的说明中，在导光棱镜10的光入射侧配置有投影透镜30,但是，也可省略 投影透镜30而使导光棱镜10自身具有成像功能。此外，也可配置具有成像功能的其他导 光棱镜10来代替投影透镜30。
[0126] 在以上的说明中，在框架102设置有限制部102η，但是，也可代替该限制部或与该 限制部一同地在保护件108设置用于防止导光棱镜10的变形、摇晃等的限制部。
[0127] 在以上的说明中，在投影透镜30的镜筒39设置与导光装置20接合止动的接合止 动部件39a，但是，也可在导光装置20侧设置例如夹着镜筒39地与镜筒39嵌合的接合止动 部件。
[0128] 在以上的说明中，在横向较长的矩形区域形成半透射半反射镜层(半透射反射膜） 15,但是，也可根据用途或其他的使用来适当改变半透射半反射镜层15的轮廓。此外，也可 根据用途或其他来改变半透射半反射镜层15的透射率和/或反射率。
[0129] 在以上的说明中，半透射半反射镜层15是简单的半透射性的膜(例如金属反射膜 和/或电介质多层膜)，但是，半透射半反射镜层15也可替换为平面或曲面的全息元件。
[0130] 在以上的说明中，没有特别调整影像显示元件82的显示辉度的分布，但是，在因 位置而产生辉度差的情况等时，可不均等地调整显示辉度的分布。
[0131] 在以上的说明中，作为图像显示装置80,使用了包括透射型的液晶显示器件等的 影像显示元件82,但是，作为图像显示装置80,不限于包括透射型的液晶显示器件等的影 像显示元件82,可使用各种元件。例如，也可成为使用反射型液晶显示器件的构成，还可使 用数字微镜器件等来代替包括液晶显示器件等的影像显示元件82。此外，作为图像显示装 置80,可使用LED阵列和/或0ELD (有机EL)等所代表的自发光型元件。
[0132] 在上述实施方式中，使用包括透射型的液晶显示器件等的图像显示装置80,但是， 也可使用扫描型的图像显示装置来代替该图像显示装置80。
[0133] 具体地，如图10所示，作为虚像显示装置的第一显示装置100A具备导光装置20 和图像显示装置380。导光装置20是具有与上述实施方式相同的功能及结构的光学部件， 因此省略详细说明。图像显示装置380是形成已进行强度调制的信号光并且将该信号光作 为扫描光TL出射的装置，具有信号光形成部381和扫描光学系统382。
[0134] 信号光形成部381具备光源，并出射基于来自未图示的控制电路的控制信号而调 制形成的信号光LL。扫描光学系统382使得经过信号光形成部381后的信号光LL扫描并 出射。这里，扫描光学系统382包括MEMS镜等而构成，与信号光形成部381所进行的信号 光LL的调制同步地使姿势变化以调整信号光LL的光路，从而进行使光线(扫描光TL)的出 射角度纵横变化的二维扫描。通过以上方式，图像显示装置380使应成为影像光GL的扫描 光TL向导光装置20入射并且使其对第二面S12中的形成半透射半反射镜层15的部分区 域的整体扫描。
[0135] 在对图示的第一显示装置100A的工作进行说明时，图像显示装置380如上述那样 将信号光LL作为扫描光TL向导光装置20的第六面S16出射。导光装置20通过全反射等 而在内部导引通过了第六面S16的扫描光TL，使其到达半透射半反射镜层15。此时，通过扫 描光TL在半透射半反射镜层15的面上扫描，而由作为扫描光TL的轨迹的图像光GL形成 虚像，由佩戴者用眼睛EY捕捉该虚像而辨认图像。再有，在图示的情况下，导光装置20中 的作为光入射面的第六面S16成为相对于扫描光TL的光轴垂直的平面。此外，第五面S15 及第四面S14也成为平面。
[0136] 在以上的说明中，对具备一对显示装置100A、100B的虚像显示装置100进行了说 明，但是，也可以是单独的显示装置。即、也可以为下述构成：不是与右眼及左眼两者对应地 各设置一组投影透视装置70及图像显示装置80的构成，而是仅相对于右眼或左眼中任一 个设置投影透视装置70及图像显示装置80,单眼观看图像。该情况下，框架102和/或镜 腿部分104可如例如图1等所示那样成为左右对称地配置的形状，但是，对于不支撑显示装 置侧的框架部分，也可成为在耳朵以外固定那样的不同的形状。
[0137] 在以上的说明中，没有对一对显示装置100A、100B的X方向的间隔进行说明，但 是，两显示装置100A、100B的间隔不限于固定，也可由机械机构等进行间隔的调整。艮P、 如果在框架102设置伸缩机构等，则可根据佩戴使用者的眼宽等来调整两显示装置100A、 100B的X方向的间隔。
[0138] 在以上的说明中，在导光棱镜10的第一面S11及第三面S13中，在表面上不施加 镜层和/或半透射半反射镜地通过与空气的界面来将影像光全反射地导引，但是，对于本 实用新型的虚像显示装置100中的全反射，也包括在第一面S11或第三面S13上的整体或 一部分形成镜涂层和/或半透射半反射镜膜地进行的反射。例如，也包括下述情况：在影像 光的入射角度满足全反射条件的基础上，在上述第一面S11或第三面S13的整体或一部分 施加镜涂层等，实质性地将全部影像光反射。此外，如果能得到足够亮度的影像光，则也可 用稍微具有透射性的镜体来将第一面S11或第三面S13的整体或一部分覆盖。
[0139] 在以上的说明中，导光棱镜10等在眼睛EY的排列横向上延伸，但是，也可将导光 棱镜10配置成在纵向上延伸。该情况下，导光棱镜10由例如上部的悬臂状态支撑。
[0140] 在以上的说明中，使用投影透镜30及图像显示装置80来形成影像光GL，但是，也 可使用扫描型的光学系统来代替这些部件。即、可以通过MEMS或其他扫描部和向扫描部入 射照明光的LED或其他光源部来形成影像光，并将该影像光导向导光棱镜10内。
【权利要求】
1. 一种光学部件，其特征在于，具备： 第一及第二表面，其互相相对地配置，包括将来自影像元件的光射向观察者的眼睛以 使得图像被观看的自由曲面； 侧方端部，其设置于所述第一及第二表面之间；和 突起状的肋状物，其沿所述侧方端部的至少一部分设置。
2. 根据权利要求1所述的光学部件，其特征在于， 所述第一及第二表面使得来自所述影像元件的影像反射而导向观察者的眼睛。
3. 根据权利要求2所述的光学部件，其特征在于， 所述第一及第二表面形成为棱镜状的部件的表面，使得来自作为所述影像元件的影像 显示元件的影像的光边在该棱镜状的部件的内部反射边导向观察者的眼睛。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的光学部件，其特征在于， 所述肋状物具有安装部，该安装部能相对于作为第一其他部件的支撑用的框架将所述 第一及第二表面以相对地定位了的状态进行安装。
5. 根据权利要求4所述的光学部件，其特征在于， 所述安装部具有平面部分，该平面部分在向所述框架安装时与设置于该框架的抵接面 接触、成为确定相对姿势的基准。
6. 根据权利要求5所述的光学部件，其特征在于， 所述安装部配置于眼罩部的外侧，该眼罩部包括所述自由曲面、具有长圆状的轮廓且 在眼前配置。
7. 根据权利要求1至3、5、6中任一项所述的光学部件，其特征在于， 所述肋状物在向所述框架安装时限制所述第一及第二表面相对于该其他部件的相对 移位。
8. 根据权利要求1至3、5、6中任一项所述的光学部件，其特征在于， 该光学部件通过将导光棱镜和辅助棱镜接合而得到，该导光棱镜是导引影像光并且 能实现外界光的透视的主体部分，该辅助棱镜与所述导光棱镜接合而一体固定并且辅助所 述导光棱镜的透视功能。
9. 根据权利要求8所述的光学部件，其特征在于， 在所述导光棱镜与所述辅助棱镜的边界具有半透射半反射镜层。
10. 根据权利要求8所述的光学部件，其特征在于， 所述导光棱镜具有第一接合用肋状物来作为所述肋状物的一部分， 所述辅助棱镜具有第二接合用肋状物来作为所述肋状物的一部分， 所述导光棱镜和所述辅助棱镜以所述第一接合用肋状物和所述第二接合用肋状物为 基准而接合。
11. 根据权利要求8所述的光学部件，其特征在于， 所述导光棱镜通过注射模塑成形而形成。
12. 根据权利要求11所述的光学部件，其特征在于， 所述肋状物具有沿所述侧方端部延伸的平板部，所述平板部沿进行注射模塑成形的成 形模具的分模线设置。
13. 根据权利要求12所述的光学部件，其特征在于， 所述肋状物具有附带于所述平板部而相当于注射模塑成形时的树脂的流入口的浇口 部。
14. 根据权利要求12或13所述的光学部件，其特征在于， 在所述第一表面与所述平板部之间还具备相对于与平板部垂直的面倾斜的连接面。
15. 根据权利要求1至3、5、6中任一项所述的光学部件，其特征在于， 具有与靠近佩戴者的脸部的里侧的所述第二表面相邻并相对于所述第二表面呈钝角 的倾斜侧面。
16. 根据权利要求15所述的光学部件，其特征在于， 在所述第一表面与所述第二表面之间，具有包括所述倾斜侧面且在佩戴时沿佩戴者的 脸部延伸的锥面。
17. 根据权利要求16所述的光学部件，其特征在于， 所述锥面具有分别与眼窝上缘、脸颊及鼻子对应的三个平坦面部分来作为所述倾斜 侧面。
18. 根据权利要求1至3、5、6中任一项所述的光学部件，其特征在于， 具有连接部，该连接部在与设置于使所述影像光入射侧的作为第二其他部件的像形成 主体部连接时，能进行所述第一及第二表面相对于该第二其他部件的相对校准。
19. 根据权利要求18所述的光学部件，其特征在于， 所述连接部是通过与所述像形成主体部嵌合而能在其与该像形成主体部之间进行姿 势的校准的嵌合部。
20. -种光学部件，其特征在于， 具备第一及第二表面，该第一及第二表面互相相对地配置，包括将来自影像元件的光 射向观察者的眼睛以使得图像被观看的自由曲面， 所述第一表面和所述第二表面分别包括具有长圆状轮廓的曲面。
21. 根据权利要求20所述的光学部件，其特征在于， 具有曲面且配置于眼前的眼罩部具有液滴状的外观，所述曲面具有所述长圆状轮廓。
22. -种虚像显示装置，其特征在于，具备： 影像兀件，其广生影像光；和 权利要求1至21中任一项所述的光学部件，其将来自所述影像元件的影像光射向观察 者的眼睛以使得图像被观看。
23. 根据权利要求22所述的虚像显示装置，其特征在于， 还具备框架，该框架以将所述光学部件配置于观察者的眼前的方式支撑所述影像元件 和所述光学部件。
【文档编号】G02B5/04GK203870280SQ201320724557
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】平出纪明 申请人:精工爱普生株式会社