(57)【要約】【課題】装置の小型化を図りつつ、不要な成分についての光漏れの抑制を図ることができる映像素子ユニット及び虚像表示装置を提供すること。【解決手段】映像光ＧＬを射出する映像素子８０と、映像素子８０を収納するケース部材ＣＳと、ケース部材ＣＳに設けた位置決め部ＰＳｐに取り付けられて映像素子８０からの映像光の射出領域を画定する遮光板９０とを備えることにより、ケース部材ＣＳに、遮光板９０を、高精度に取り付ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光を射出する映像素子と、
前記映像素子を収納するケース部材と、
前記ケース部材に設けた位置決め部に取り付けられて前記映像素子からの前記映像光の射出領域を画定する遮光板と
を備える虚像表示装置。
【請求項２】
前記遮光板は、前記ケース部材の平面と前記映像素子の光射出面とを面一に合わせた箇所に平坦部を有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記平坦部は、前記映像素子からの射出成分のうち有効光の通過範囲を定める開口部を中央部分に形成する枠形状であり、
前記遮光板は、前記平坦部の外縁に傾斜状又は段差状の曲げ部を有する、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記ケース部材は、前記平坦部に対応して前記位置決め部を設けている、請求項２及び３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記遮光板は、板金である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記板金は、焼付塗装または黒メッキ加工されている、請求項５に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記板金は、複数回折り曲げられて形成されたばね構造部を有する、請求項５及び６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記ケース部材と前記遮光板とのうち一方に凸部を有し、
前記ケース部材と前記遮光板とのうち他方に前記凸部に対応する穴部を有し、
前記凸部と前記穴部とのフック構造により、前記遮光板を前記ケース部材に固定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記映像素子は、前記映像光を発光する発光部を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記映像素子は、前記発光部を構成する有機ＥＬ素子をシリコン基板上に形成し、前記シリコン基板の裏面以外の端面において、前記ケース部材に対して当接している、請求項９に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
前記ケース部材は、前記映像素子のうち前記映像光を射出する側の反対側を開放して放熱する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記ケース部材は、前記映像素子のＦＰＣの延在方向に沿って離間した複数個所に接着剤塗布部を設けている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
映像光を射出する映像素子と、
前記映像素子を収納するケース部材と、
前記ケース部材に取り付けられて前記映像素子からの前記映像光の射出領域を画定する遮光板と
を備える映像素子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイに代表される虚像表示装置及び虚像表示装置等に適用可能な映像素子ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイとして、例えば特許文献１に示すように、装置全体の小型化や軽量化を図りつつ、放熱を行うものが知られている。なお、以下において、ヘッドマウントディスプレイをＨＭＤとも記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１４６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、装置のさらなる小型化の要請から、例えば特許文献１のような構成において、映像素子ユニットにおけるシリコン基板をさらに小さくしようとすると、映像素子の光射出面周辺の構造によっては、映像素子からの射出成分のうち不要な成分についての光漏れが発生してしまう、といったことが懸念される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の虚像表示装置は、映像光を射出する映像素子と、映像素子を収納するケース部材と、ケース部材に設けた位置決め部に取り付けられて映像素子からの映像光の射出領域を画定する遮光板とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】虚像表示装置の概略した外観の一例を示す斜視図である。
【図２】虚像表示装置を構成する光学系の一部を一部拡大して示す斜視図である。
【図３】虚像表示装置を構成する光学系の一部を一部拡大して示す斜視図である。
【図４】映像光の光路について示す概念的な平面図である。
【図５】映像素子ユニットの一例を示す斜視図である。
【図６】映像素子ユニットの一例を示す正面図である。
【図７】映像素子ユニットの一例を示す背面図である。
【図８】映像素子ユニット及び映像素子ユニット各部の一例を示す側方断面図である。
【図９】映像素子ユニットの一例を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図１０】映像素子ユニットにおける接着剤塗布部について説明するための図である。
【図１１】映像素子ユニットにおける遮光板の構造について一例を説明するための概念的な断面図である。
【図１２】遮光板の取付けについて一例を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図１等を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る映像素子ユニットを組み込んだ虚像表示装置について、詳細に説明する。図１は、本実施形態の虚像表示装置１００の概略した外観の一例を示す斜視図である。また、図２及び図３は、虚像表示装置１００を構成する各種光学部品のうちの一部を示す斜視図であり、本実施形態の映像素子ユニットＤＵを含む部分を一部拡大して示している。なお、図３は、図２の状態から鏡筒ＢＲを除去して鏡筒ＢＲの内部に収納される投射レンズ３０を示したものとなっている。また、図４は、虚像表示装置１００における画像光（映像光）の光路についての概念的な平面図である。
【０００８】
図１等に示すように、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（ＨＭＤ）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（映像光）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、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂとを備える。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、虚像表示装置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。
【０００９】
第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、右眼用の虚像と左眼用の虚像とをそれぞれ形成する部分である。右眼用の第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。左眼用の第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。
【００１０】
第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる。図１等の例示では、第１及び第２虚像形成光学部１０１ａ，１０１ｂは、別体ではなく中央で連結されて一体的な部材である透視型導光ユニット１００Ｃを形成している。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装置である。また、以上について見方を変えると、透視型導光ユニット１００Ｃは、一対の導光部材１０ａ，１０ｂと光透過部材である中央部材５０とを備えており、第１虚像形成光学部１０１ａは、導光部材１０ａと中央部材５０の右半分である光透過部５０Ａとによって形成されている。同様に、第２虚像形成光学部１０１ｂは、導光部材１０ｂと中央部材５０の左半分である光透過部５０Ｂとによって形成されている。なお、以下において、導光部材１０ａ，１０ｂについて区別せず、導光部材１０と記載することもある。
【００１１】
また、図１において概略した外観の一例を示すように、虚像表示装置１００のうち、透視型導光ユニット１００Ｃは、例えば両端において、カバー状の外装部材１０５ｄによって支持されている。さらに、当該外装部材１０５ｄの左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が、例えばヒンジ（図示略）によって回動可能に取り付けられている。以上により、虚像表示装置１００は、外観形状が構成されるとともに、これらの各部を観察者の耳やこめかみ等に当接させることで、装着状態を確保する。
【００１２】
第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂについては、第２像形成本体部１０５ｂに関して図２及び図３で例示するように、映像形成デバイスである映像素子（表示素子）８０や、投射レンズ３０等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納するケース部材ＣＳや鏡筒ＢＲ等でそれぞれ構成されている。なお、これらは、さらに、カバー状の外装部材１０５ｄ（図１参照）により覆われることで、支持され、かつ、収納されている。
【００１３】
虚像表示装置１００は、既述のように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂで構成されるが、第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、左右対称で同等の構造を有するため、例えば図２及び図３においては、第２表示装置１００Ｂについてのみ示すとともにこれについてのみ説明し、第１表示装置１００Ａについては詳しい説明を省略する。
【００１４】
図示のように、第２表示装置１００Ｂにおいて、第２像形成本体部１０５ｂは、映像素子８０を備える映像素子ユニットＤＵと、鏡筒ＢＲに収納される投射レンズ３０とを備える。これらのうち、映像素子ユニットＤＵは、映像光を射出する映像素子８０と、映像素子８０を収納するケース部材ＣＳと、映像素子８０からの映像光の射出領域を画定するとともに射出成分のうち不要光を遮光する遮光板９０とを備えている。
【００１５】
以下、第２表示装置１００Ｂのうち、まず、映像素子ユニットＤＵの構成について概略を説明する。
【００１６】
映像素子ユニットＤＵのうち、映像素子８０は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子で構成される映像表示素子とすることができる。また、映像素子８０は、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置や動作を制御する駆動制御部を有する構成としてもよい。ここでは、図示のように、映像素子８０は、ケース部材ＣＳによって収納され、かつ、支持されている。
【００１７】
ケース部材ＣＳは、中央部分に貫通孔ＴＨ（図１０参照）を有して、映像素子８０を収納するとともに映像素子８０で発光した成分を射出させる枠体構造である。ケース部材ＣＳは、例えばアルミニウムやマグネシウム合金等の熱伝導性の高い金属製の部材であり、例えばダイカスト等により成形される一部材構成すなわち１つの部材で構成される構造体である。また、ケース部材ＣＳは、投射レンズ３０を収納する鏡筒ＢＲ（図２参照）に対する取り付けアライメントを行うための取付部である突起部ＰＲを備える。
【００１８】
遮光板９０は、成分光のうち不要光を除去するマスクとして機能すべく、ケース部材ＣＳの各面のうち、映像素子８０の光射出側の面に沿って取り付けられている。
【００１９】
ここで、以上のような各部で構成される映像素子ユニットＤＵに関して、装置の小型化の要請から、例えば映像素子８０を構成するシリコン基板ＳＳ（図７等参照）等の各部を小さくしようとすると、映像素子８０の光射出面周辺において、映像素子８０からの射出成分のうち不要な成分についての光漏れが発生してしまうといったことが懸念される。本実施形態では、かかる事態を回避すべく、薄板状の部材である遮光板９０を、映像素子８０の光射出側において高精度に取り付けることで、装置の小型化を図りつつ、映像素子８０からの光射出成分のうち不要な成分についての光漏れの抑制を図っている。
【００２０】
以下、第２表示装置１００Ｂのうち、映像素子ユニットＤＵ以外の構成について概略を説明する。
【００２１】
投射レンズ３０は、構成要素として、例えば図４に示すように、入射側光軸ＡＸが延びる方向（光軸方向）に沿って並ぶ複数の光学素子（図示の例では、４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４）を備えて構成されている投射光学系である。ここでは、投射レンズ３０は、例えば樹脂成形により一体成形された鏡筒（図示略）によって収納され、かつ、支持されている。なお、投射レンズ３０を構成する光学要素すなわち４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４については、例えば非軸対称な非球面と軸対称な非球面との双方を含む非球面レンズを含んで構成することができる。この際、第２虚像形成光学部１０１ｂの導光部材１０ｂの光学面又は反射面と協働して当該導光部材の内部に中間像を形成するものとすることができる。
【００２２】
第２虚像形成光学部１０１ｂは、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０ｂと、透視用の光透過部５０Ｂとで構成されている。また、第２虚像形成光学部１０１ｂは、表面部分に保護層であるハードコート層が設けられていることによって本体部材が被覆され、保護されている。第２虚像形成光学部１０１ｂは、例えば鏡筒ＢＲ等の光学部品保持部材にネジ止めされることにより、投射レンズ３０に対して精度よく位置決め固定されている。
【００２３】
以下、図４を参照して、虚像表示装置１００による映像光ＧＬの導光について、一例を概念的に説明する。なお、図２〜図４等において、ｘ、ｙ、及びｚは、直交座標系であり、ｚ方向は、第２表示装置１００Ｂを構成する光学系の光軸方向に相当し、ｘ方向及びｙ方向は、ｚ方向を法線方向とする映像素子８０のパネル面内の面内方向に相当し、ｘ方向が水平方向に相当し、ｙ方向が鉛直方向に相当する。
【００２４】
なお、既述のように、第２表示装置１００Ｂは、映像光ＧＬを形成したり、導光したりするための光学部品として、映像素子８０を含む映像素子ユニットＤＵと、投射レンズ３０と、映像素子８０及び投射レンズ３０を経た映像光ＧＬを導光する第２虚像形成光学部１０１ｂとを備える。なお、第２虚像形成光学部１０１ｂは、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０ｂと、中央部材５０の一部である透視用の光透過部５０Ｂとで構成されている。
【００２５】
また、ここでの一例では、映像形成デバイスである映像素子８０は、矩形状であり、矩形状の像面を形成して、像面の各位置から映像光ＧＬを射出する。ここでは、像面の法線方向をｚ方向とする。すなわち、ｚ方向は、投射レンズ３０の光軸が延びる光軸方向に一致しているものとする。また、ｚ方向に垂直な像面の面内方向のうち、矩形の像面あるいは映像素子８０の一方向がｘ方向に一致しているものとする。したがって、像面の面内方向に関して、ｘ方向に垂直な方向がｙ方向となる。なお、ここでは、当該矩形の長手方向をｘ方向としている。
【００２６】
投射レンズ３０は、映像素子８０からの映像光ＧＬを通過させ、入射側光軸ＡＸに沿って並ぶ４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４を経た映像光ＧＬを、第２虚像形成光学部１０１ｂを構成する導光部材１０ｂに向けて射出する（投射する）。
【００２７】
第２虚像形成光学部１０１ｂは、既述のように、投射レンズ３０に対して高精度に組付けられており、投射レンズ３０からの映像光ＧＬを導光する。
【００２８】
以下、第２虚像形成光学部１０１ｂにおける映像光ＧＬの導光のための構成の詳細について説明する。
【００２９】
まず、第２虚像形成光学部１０１ｂのうち、導光部材１０ｂは、光学的な機能を有する側面として、第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５を有している。これらのうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置されている。第２面Ｓ１２の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜（半透過反射膜）であり、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映像光に対する反射率が適宜設定されている。つまり、導光部材１０ｂが、観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有している。
【００３０】
第２虚像形成光学部１０１ｂのうち、光透過部５０Ｂは、導光部材１０ｂの透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０ｂと一体的に固定され１つの第２虚像形成光学部１０１ｂとなっている。光透過部５０Ｂ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１０ｂ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１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。言い換えると、第１面Ｓ１１と第１透過面Ｓ５１とが隣接し、同様に、第３面Ｓ１３と第３透過面Ｓ５３とが隣接しており、いずれも面一に位置合わせされた状態となった滑らかな面を形成している。
【００３１】
以下、図４を参照して、第２虚像形成光学部１０１ｂにおける映像光ＧＬの光路について概略説明する。導光部材１０ｂは、投射レンズ３０から映像光ＧＬを入射させるとともに第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５での反射等により観察者の眼ＥＹに向けて導光する。具体的には、投射レンズ３０からの映像光ＧＬは、まず、第４面Ｓ１４に入射して第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で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層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。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹ又はその等価位置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により画像を観察することになる。
【００３２】
また、第２虚像形成光学部１０１ｂは、上述したように導光部材１０ｂにより観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材１０ｂと光透過部５０Ｂとの協働により観察者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（視度略０）となっていることで、外界光について、収差等をほとんど生じない。また、同様に、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３透過面Ｓ５３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ない。以上により、観察者は、光透過部材としての中央部材５０越しに歪みのない外界像を観察することになる。
【００３３】
以上のように、本実施形態では、導光部材１０ｂの内部において、映像素子８０からの映像光を、既述のように、少なくとも２回の全反射を含む第１面Ｓ１１から第５面Ｓ１５までにおける５回の反射によって導光している。これにより、映像光の表示と外界光を視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光ＧＬの収差の補正を行うことが可能になる。
【００３４】
上記のような構成は、第１表示装置１００Ａ（図１参照）においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。
【００３５】
以下、図５等を参照して、本実施形態に係る映像素子ユニットＤＵの一構成例について、詳細に説明する。
【００３６】
図５は、映像素子ユニットＤＵの一例を示す斜視図であり、図６は、正面図であり、図７は、背面図である。また、図８は、映像素子ユニットＤＵ及び映像素子ユニットＤＵの各部を構成する映像素子８０や遮光板９０を組付けたケース部材ＣＳの様子を示す側方断面図である。図中において、状態α１は、映像素子８０、遮光板９０及びケース部材ＣＳが組み付けられて映像素子ユニットＤＵが形成された状態を示しており、状態α２は、映像素子８０のみの状態を示しており、状態α３は、映像素子ユニットＤＵのうち映像素子８０のみを除去した状態を示している。さらに、図９は、映像素子ユニットＤＵについて、一部を切り欠いた斜視図である。なお、図８は、図６のＡＡ矢視断面図であり、図９の切欠き断面は、図８に対応している。図９において、状態β１は、映像素子ユニットＤＵのうち遮光板９０のみを除去した状態を示しており、状態β２は、映像素子８０、遮光板９０及びケース部材ＣＳが組み付けられて映像素子ユニットＤＵが形成された状態を示している。
【００３７】
図示のように、また、既述のように、映像素子ユニットＤＵは、映像素子８０と、ケース部材ＣＳと、遮光板９０とを備える。
【００３８】
以下、映像素子ユニットＤＵを構成する上記各部のうち、映像素子８０の構成について説明する。映像素子８０は、例えば図５や、図６あるいは図８等に示すように、ケース部材ＣＳに収納される矩形の板形状の本体部分８０ｐと、本体部分８０ｐから接続されて延びるＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）部８０ｆとを有する。このうち、本体部分８０ｐは、各種回路等が配置されるとともに本体部分８０ｐの外形を形作るシリコン基板ＳＳと、有機ＥＬ材料を含んで構成される有機ＥＬ素子であって映像光となるべきカラーの光を発生させる発光部８０ｋと、シリコン基板ＳＳと協働して発光部８０ｋを密閉する封止用の保護ガラスＧＧとを備える。映像素子８０は、ＦＰＣ部８０ｆから受けた駆動信号に従い発光動作を行うことで、シリコン基板ＳＳと保護ガラスＧＧとのうち保護ガラスＧＧ側すなわち＋ｚ側へ向けて映像光を射出させる。
【００３９】
次に、映像素子ユニットＤＵを構成する上記各部のうち、ケース部材ＣＳの構成について説明する。既述のように、ケース部材ＣＳは、映像素子８０を収納するために枠体構造となっているとともに鏡筒ＢＲ（図２参照）に対する取り付けアライメントを行うための取付部としての突起部ＰＲを備えている。
【００４０】
上記のほか、ケース部材ＣＳは、例えば図７や図８に示すように、映像素子８０のうち映像光を射出する側の反対側を開放して露出させた状態とする放熱構造部ＣＳｄを設けつつ、映像素子８０を支持し、さらに、固定している。すなわち、映像素子８０の一部を開放させるものとして、シリコン基板ＳＳの裏面側（−ｚ側）を開放させたＵ字形状の放熱構造部ＣＳｄを備える。これにより、映像素子８０を収納した状態においてシリコン基板ＳＳのうち裏側部分をケース部材ＣＳから露出させ、映像素子８０の放熱を促進させることができる。
【００４１】
また、ケース部材ＣＳは、例えば放熱構造部ＣＳｄに隣接し、かつ、映像素子８０の側面に当接する箇所等に、映像素子８０を収納する収納部ＣＳｓを備える。より具体的には、図７及び図８に示すように、収納部ＣＳｓは、矩形の板状であるシリコン基板ＳＳの端面のうち光射出側と反対側（−ｚ側）の面である裏面ＳＳｒ以外の面である各端面ＳＳ１〜ＳＳ３に当接する面として形成されている。これにより、＋ｚ方向についての位置決めの基準となる第１基準面ＳＦ１と、±ｘ方向についての位置決めの基準となる平面部分である第２基準面ＳＦ２と、−ｙ方向についての位置決めの基準となる平面部分である第３基準面ＳＦ３とにおいて、位置合わせがなされ、高精度な位置決めがなされるものとなっている。
【００４２】
このほか、ケース部材ＣＳは、例えば図８及び図９に示すように、放熱構造部ＣＳｄや収納部ＣＳｓの反対側（＋ｚ側）である映像素子８０の光射出側に矩形の開口を中央部分に形成する枠形状部ＦＲを備える。ここで、上述した収納部ＣＳｓでの高精度な位置合わせにより、図８に示すように、枠形状部ＦＲのうち＋ｚ側の表面である平面ＦＦは、ｘｙ面に平行な面（基準面ＳＳＦとする）において、映像素子８０の光射出面である保護ガラスＧＧの表面（ガラス面）ＧＧｓと面一で揃った状態となっている。
【００４３】
また、ケース部材ＣＳは、図５及び図６に示すように、遮光板９０の取付けに際して位置決めをすべく、後述する遮光板９０の平坦部９０ａに対応して設けた位置決め部ＰＳｐを有する。より具体的には、位置決め部ＰＳｐを構成するものとして、まず、位置決め用の突起部ＰＳｘ，ＰＳｙが、矩形状の平坦部９０ａの四隅に合わせて設けられている。これらにより、±ｘ方向及び±ｙ方向についての高精度な位置決めがなされる。例えば、四隅に設ける突起部ＰＳｘ，ＰＳｙを、平坦部９０ａの寸法に応じてほとんどマージンの無いようにしておくことで、±ｘ方向及び±ｙ方向についての遮光板９０の設置位置を正確にすることができる。また、位置決め部ＰＳｐを構成するものとして例えば図５や図６等に示すように、遮光板９０と嵌合するための爪状の突起部である凸部ＣＲを、枠形状部ＦＲの±ｘ側の外側面に一対構成で有している。凸部ＣＲにおける嵌合で平坦部９０ａがケース部材ＣＳの平面ＦＦに確実に当接することで、−ｚ方向についての高精度な位置決めがなされる。なお、凸部ＣＲを張り出す方向は、ＦＰＣ部８０ｆの延在方向である±ｙ方向を回避する方向になっている。
【００４４】
最後に、映像素子ユニットＤＵを構成する上記各部のうち、遮光板９０の構成について説明する。遮光板９０は、例えばステンレス鋼等を材料とする一枚の金属製の薄板（た追えば厚さ０．１ｍｍ程度）から形成される板金である。遮光板９０の表面には、焼付塗装または艶消し黒メッキ加工が施されており、高い遮光性を有するものとなっている。遮光板９０は、例えば図５等に示すように、平坦部９０ａと、平坦部９０ａの外縁（中央部分から外れる側）に設けた周辺部９０ｂとを有する。
【００４５】
平坦部９０ａは、矩形状であり、特に、映像素子８０からの射出成分のうち有効光の通過範囲を定める開口部ＯＰを中央部分に形成する枠形状となっている。遮光板９０は、枠形状の平坦部９０ａによって有効光の通過範囲を規制することで、映像素子８０からの映像光ＧＬの射出領域を画定させつつ、射出成分のうち不要光を遮光する遮光部材として機能する。
【００４６】
周辺部９０ｂは、複数回（２回）折り曲げられて形成された曲げ部ＦＬで構成されるばね構造部を形成しており、さらに、ケース部材ＣＳの凸部ＣＲに対応する穴部ＨＬを側面に有して凸部ＣＲと穴部ＨＬとでフック構造ＨＫを構成していることで、ケース部材ＣＳへ取り付けるための取付部として機能する。すなわち、フック構造ＨＫにより、遮光板９０をケース部材ＣＳに固定するものとなっている。なお、取付けの構造についての詳細は、図１１及び図１２を参照して後述する。
【００４７】
遮光板９０は、上記のような構造でケース部材ＣＳへ取り付けられるが、この際、矩形状の平坦部９０ａにおいて、既述のように、ケース部材ＣＳの位置決め部ＰＳｐにより、±ｘ方向及び±ｙ方向についての高精度な位置決めがなされ、また、周辺部９０ｂにより、−ｚ方向について平面ＦＦに確実に当接するものとなっている。これにより、遮光板９０は、高精度に位置決めされた状態で、ケース部材ＣＳに取り付けられる。
【００４８】
以上の場合、遮光板９０は、映像素子８０のうち光射出側（＋ｚ側）に近接してかつ高精度に位置決め固定された状態となる。したがって、遮光板９０の平坦部９０ａにおいて、映像素子８０から射出される映像光ＧＬの射出領域を画定させている。すなわち、遮光板９０は、映像光ＧＬとして有効な成分を確実に通過させる。一方、遮光板９０は、例えば意図しない反射による反射光や散乱光等の不要光を、遮断（遮光）あるいは、減光させることができる。また、遮光板９０のうち、傾斜した周辺部９０ｂや、ケース部材ＣＳを構成する枠形状部ＦＲのうち、周辺側の傾斜部分については、有効成分となるべき映像光ＧＬ（図４参照）の通過範囲からある程度離すことができる。これにより、例えばこれらの傾斜部において意図しない反射が生じて画像を劣化させるといった事態が生じることを回避あるいは抑制できる。特に、装置の小型化が進んだ場合、映像素子８０における光の射出範囲外の領域が小さくなり、映像素子８０等の各部を位置決めさせつつ光漏れや不要光の発生を抑えることが難しくなる。例えば、映像素子８０から射出される成分光のうち不要光を除去するマスク部をケース部材ＣＳの一部として一体的に設けることで遮光を行う場合、マスク部を製作する機械加工の精度等によっては、十分な精度が得られず、光漏れや意図しない反射による不要光等を発生させてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、映像素子８０の光射出側（＋ｚ側）に遮光板９０を設け、かつ、遮光板９０を精度よく取り付け可能とすることで、かかる事態を回避可能にしている。
【００４９】
以下、本実施形態に係る映像素子ユニットＤＵの製作延いては虚像表示装置１００の製作に関する事項について説明する。
【００５０】
まず、図１０を参照して、映像素子８０のケース部材ＣＳへの取付けに関して一例を説明する。図１０は、映像素子ユニットＤＵにおける接着剤塗布部について説明するための図である。図中において、状態γ１は、映像素子８０等の各部を取り付ける前のケース部材ＣＳの一例についての状態を示す斜視図であり、ケース部材ＣＳにおける複数の接着剤塗布部の箇所すなわち映像素子８０の接着箇所を示している。また、状態γ２は、映像素子８０、遮光板９０及びケース部材ＣＳが組み付けられ映像素子ユニットＤＵが形成された状態を示す側方断面図であり、接着剤塗布部に塗布された接着剤により映像素子８０が接着された様子を示している。
【００５１】
図示のように、この場合、ケース部材ＣＳには、映像素子８０のＦＰＣ部８０ｆの延在方向である±ｙ方向に沿って、離間した複数個所（２箇所）に接着剤塗布部ＡＣ１，ＡＣ２が設けられており、接着剤塗布部ＡＣ１，ＡＣ２に塗布された接着剤ＡＤにより映像素子８０が接着されることで、ケース部材ＣＳに対して所望の位置で固定される。なお、接着剤ＡＤについては、種々の物が利用可能であると考えられるが、例えば紫外線硬化性樹脂を利用することが考えられる。この場合、接着後において最も応力等の影響があるＦＰＣ部８０ｆに沿って接着固定しておくことで、当該応力に対する耐性を高めた状態で位置固定できる。
【００５２】
次に、図１１及び図１２を参照して、遮光板９０のケース部材ＣＳへの取付けに関して一例を説明する。図１１は、映像素子ユニットＤＵにおいて取り付けられている状態の遮光板９０の構造について一例を説明するための概念的な断面図であり、状態δ１は、図６のＢＢ矢視断面図であり、状態δ２は、状態δ１のうちケース部材ＣＳと遮光板９０との取付部分を抽出した図である。
【００５３】
図示のように、この場合、ケース部材ＣＳの凸部ＣＲと遮光板９０の穴部ＨＬとで構成される一対構成のフック構造ＨＫにより、遮光板９０がケース部材ＣＳに取付固定されている。つまり、遮光板９０を、±ｘ方向に関して一対構成とすることで、断面視においてＭ字形状としている。さらに、この際、一対構成のそれぞれについて、開口部ＯＰから穴部ＨＬに至るまでの間に少なくとも２回以上の曲げ部ＦＬ（図示の例では２回の折り曲げ）を設けていることでばね構造部が形成され、遮光板９０のケース部材ＣＳへの取付を簡易かつ確実なものとしている。すなわち、ばね構造部の存在により、遮光板９０のケース部材ＣＳへの固定時において、ケース部材ＣＳへの取付けのために、遮光板９０のばね構造部を形成する周辺部９０ｂの箇所を一旦広げ、ケース部材ＣＳの凸部ＣＲに穴部ＨＬを引掛けて嵌合した後、ばね構造部において広がった状態から元に戻ろうとする力が生じることを利用して遮光板９０の平坦部９０ａにおいて平面ＦＦに当接するような力を生じさせつつ遮光板９０をケース部材ＣＳに取付固定させることができる。すなわち、平面ＦＦと基準面ＳＳＦにおいて面一に面した保護ガラスＧＧの表面ＧＧｓと、開口部ＯＰを形成する平坦部９０ａとが密着した状態となる。すなわち、遮光板９０は、ケース部材ＣＳの平面ＦＦと映像素子８０の光射出面であるＦＦとを面一に合わせた箇所に平坦部９０ａを有する構成となっている。
【００５４】
以下、図１２を参照して、遮光板９０の取付工程について一例を説明する。図中において、状態ε１は、遮光板９０の取付途中の様子を示している。一方、状態ε２は、遮光板９０の取付完了時の状態を示しており、図１１の状態δ２に対応する図となっている。
【００５５】
まず、取付工程を説明するための前提として、図中に示すように、ここでは、遮光板９０は、２回の折り曲げ箇所すなわち曲げ部ＦＬとして、平坦部９０ａと周辺部９０ｂとの境界を定める第１曲げ部ＦＬ１と、周辺部９０ｂの途中に設けられて周辺部９０ｂの形状を傾斜状又は段差状にする第２曲げ部ＦＬ２とを有する。結果的に、周辺部９０ｂは、第１曲げ部ＦＬ１から第２曲げ部ＦＬ２までの間に形成される第１板状部ＢＢ１と第２曲げ部ＦＬ２部から先の第２板状部ＢＢ２とで構成されるものとなっており、第２板状部ＢＢ２に貫通孔が形成されて、第２板状部ＢＢ２あるいはその一部が穴部ＨＬとなっている。また、図示の例では、第１板状部ＢＢ１により、平坦部９０ａによって映像素子８０から若干離れた箇所に傾斜部分が形成されている。
【００５６】
以上において、まず、状態ε１に示すように、上方側（＋ｚ側）から矢印ＡＲ１の方向（−ｚ方向）に遮光板９０を被せていく。なお、この際、既述のように、±ｘ方向及び±ｙ方向については、位置決め部ＰＳｐを構成する位置決め用の突起部ＰＳｘ，ＰＳｙによって位置合わせがなされる。矢印ＡＲ１の方向に進むにつれて、周辺部９０ｂの第２板状部ＢＢ２すなわち穴部ＨＬを含む部分が、凸部ＣＲによって押し広げられる。さらに、矢印ＡＲ１の方向に進むと、状態ε２に示すように、穴部ＨＬが凸部ＣＲに嵌合する。この際、第１及び第２曲げ部ＦＬ１，ＦＬ２及び第１及び第２板状部ＢＢ１，ＢＢ２によるばね構造においてはたらく力よって、穴部ＨＬと凸部ＣＲとのフック構造ＨＫによる嵌合が維持されつつ、矢印ＡＲ２に示す平坦部９０ａが平面ＦＦ及び表面（ガラス面）ＧＧｓに密着する方向の力が生じる。なお、矢印ＡＲ２の方向に働く力は、密着性が保たれる程度のものであればよい。また、ここでの密着が維持されることで、適切な箇所での遮光を維持するとともに、映像素子８０とケース部材ＣＳとの間に隙間を生じさせないようにしてゴミの侵入を防ぐことができる。
【００５７】
また、上記のようなばね構造部による力を生じさせる際に、傾斜部分としての第１板状部ＢＢ１とこれに応じてケース部材ＣＳに設けられた斜面部ＳＬとの間に若干のクリアランスＣＬが形成されるようになっている。これにより、製造誤差等の公差があっても、当該公差への影響によるガタや引っ掛け不可の状態にならないようにして、上記のような状態を確実に生じせしめるようにしている。例えば仮に、曲げ部を１回のみとした構成にした場合、公差によっては、十分な密着が維持できなくなるおそれがある。本実施形態では、上記のように、Ｍ字形状とすることで、かかる事態を回避できる。
【００５８】
なお、映像素子ユニットＤＵの製作における組付けの順としては、まず、ケース部材ＣＳに対して図１０を参照して例示した工程で映像素子８０を接着固定し、その後、図１１及び図１２を参照して例示した遮光板９０を組付固定することが考えられる。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る映像素子ユニットＤＵ及び映像素子ユニットＤＵを搭載した虚像表示装置１００は、映像光ＧＬを射出する映像素子８０と、映像素子８０を収納するケース部材ＣＳと、ケース部材ＣＳに設けた位置決め部ＰＳｐに取り付けられて映像素子８０からの映像光ＧＬの射出領域を画定するとともに射出成分のうち不要光を遮光する遮光板９０とを備える。これにより、映像素子ユニットＤＵ及び虚像表示装置１００では、ケース部材ＣＳに設けた位置決め部ＰＳｐにより遮光板９０を高精度に取り付けることで、装置の小型化を図りつつ、不要な成分についての光漏れの抑制を図ることができる。
【００６０】
〔その他〕
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で実施することが可能である。
【００６１】
まず、上記のうち、例えばケース部材ＣＳを熱伝導性の高い金属製のものとしているが、映像素子８０の放熱や収納位置精度が確保されれば、これ以外の材料（例えば樹脂材料）を適用する（一部に適用する）ものとしてもよい。
【００６２】
また、上記では、遮光板９０を、板金（遮光板金）としているが、上記のような役割を果たすことが可能であれば、例えば薄い樹脂板部材（テープ状部材等）により構成してもよい。
【００６３】
また、上記ではフック構造ＨＫについて、凸部ＣＲをケース部材ＣＳが有し、穴部ＨＬを遮光板９０が有するものとしているが、逆でもよい。すなわち、ケース部材ＣＳが穴部（凹部）ＨＬを有し、遮光板９０が凸部ＣＲを有する構成とすることも考えられる。また、フック構造ＨＫと同様の嵌合ができる構造であればこれに限らず種々の態様にできる。例えば、遮光板９０の端部をケース部材ＣＳに切り込みを入れて差し込めるような構成とすることが考えられる。また、フック構造ＨＫの取付位置についても、例示の場合に限らず種々の箇所にすることが考えられる。
【００６４】
また、遮光板９０として用いる板金の材料については、種々の物が考えられ、例えば上記のようなステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０４等を使用することが考えられるが、他のステンレス鋼やステンレス鋼以外の金属を利用してもよい。
【００６５】
また、映像素子８０としては、上記以外にも、透過型の液晶表示デバイスとしてのＨＴＰＳのほか、種々のものを利用可能であり、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に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いるすなわちＤＬＰ方式のものについて、本願を適用することもできる。
【００６６】
また、各レンズのレンズ面に適宜ＡＲコートを設けることで、ゴースト光の発生等をさらに抑制するものとしてもよい。
【００６７】
また、上記において、映像光の一部を透過させるとともに他の一部を反射させる半透過反射膜を設けた箇所については、これに代えて例えば体積ホログラム等の回折素子といった光学機能面を設けることで、同等の役割を果たすようにすることも考えられる。
【００６８】
上記の説明では、導光部材１０等が眼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、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。
【００６９】
また、本願発明の技術、すなわち画像表示装置（映像素子）のユニット化において放熱のための構造を有したケーシング（映像素子ユニット構造）を、カメラのファインダーや小型のプロジェクター等の表示装置において利用することも可能である。
【００７０】
なお、以上のような他への応用等の場合において、例えば、表示装置ユニット（映像素子ユニット）について他の光学部品との高精度なアライメントが必要でない場合には、当該アライメントのための取付部（典型的には突起部ＰＲのようなもの）を有しない構成としてもよい。
【００７１】
また、上記では、映像素子８０の素子基板をシリコン基板としているが、必要に足りる放熱や位置精度が確保される場合には、石英ガラス等の他の部材を使用することも可能である。
【００７２】
上記の説明では、画像光と外界光とを重畳させる態様についてのみ説明しているが、例えば重畳させずに画像光のみにする態様と外界光のみにする態様とを切り替えて観察することができる虚像表示装置において適用してもよい。一例としては、いわゆる仮想現実（ＶＲ）の画像形成を行う表示装置に対しても、本願を適用することができる。
【００７３】
また、本願発明の技術を、画像光のみを視認させるいわゆるクローズ型（シースルーでない）タイプの虚像表示装置のほか、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させたりするものとしてもよい。
【００７４】
また、本願発明の技術を、双眼鏡型のハンドヘルドディスプレイ等に適用することもできる。
【００７５】
また、位置調整の対象となる光学系は、上記のような投射レンズの場合に限らず、直視型の光学系、観察光学系のようなものについても対象となり得る。
【００７６】
以上のように、本発明の一態様の虚像表示装置は、映像光を射出する映像素子と、映像素子を収納するケース部材と、ケース部材に設けた位置決め部に取り付けられて映像素子からの映像光の射出領域を画定する遮光板とを備える。
【００７７】
上記虚像表示装置では、ケース部材に設けた位置決め部により遮光板を高精度に取り付けることで、装置の小型化を図りつつ、不要な成分についての光漏れの抑制を図ることができる。
【００７８】
本発明の具体的な側面では、遮光板は、ケース部材の平面と映像素子の光射出面とを面一に合わせた箇所に平坦部を有する。この場合、平坦部を遮光のために適した配置にできる。
【００７９】
本発明の別の側面では、平坦部は、映像素子からの射出成分のうち有効光の通過範囲を定める開口部を中央部分に形成する枠形状であり、遮光板は、平坦部の外縁に傾斜状又は段差状の曲げ部を有する。この場合、平坦部において有効光の通過範囲を画定させ、曲げ部において、遮光板の取付構造を設けることができる。
【００８０】
本発明のさらに別の側面では、ケース部材は、平坦部に対応して位置決め部を設けている。この場合、平坦部についての確実な位置決めができる。
【００８１】
本発明のさらに別の側面では、遮光板は、板金である。この場合、簡易かつ確実に遮光板の高精度に位置決めされた取付けができる。
【００８２】
本発明のさらに別の側面では、板金は、焼付塗装または黒メッキ加工されている。この場合、十分に高い遮光性をもたせ、かつ、遮光板の表面に起因するごみの発生を抑制できる。
【００８３】
本発明のさらに別の側面では、板金は、複数回折り曲げられて形成されたばね構造部を有する。この場合、ばね構造部での力を利用して、簡易かつ確実に密着性の高い取付けができる。
【００８４】
本発明のさらに別の側面では、ケース部材と遮光板とのうち一方に凸部を有し、ケース部材と遮光板とのうち他方に凸部に対応する穴部を有し、凸部と穴部とのフック構造により、遮光板をケース部材に固定する。この場合、フック構造により、ケース部材と遮光板との組付固定ができる。
【００８５】
本発明のさらに別の側面では、映像素子は、映像光を発光する発光部を含む。この場合、映像素子の軽量化・小型化延いては装置全体の軽量化・小型化を図ることができる。
【００８６】
本発明のさらに別の側面では、映像素子は、発光部を構成する有機ＥＬ素子をシリコン基板上に形成し、シリコン基板の裏面以外の端面において、ケース部材に対して当接している。この場合、シリコン基板の端面形成におけるダイシングの精度を利用することで、精度の高い位置決めが可能になり、映像素子の他部材へのアセンブリにおいて、調整範囲を抑えることができ、装置全体としての小型化を図ることができる。
【００８７】
本発明のさらに別の側面では、ケース部材は、映像素子のうち映像光を射出する側の反対側を開放して放熱する。この場合、映像素子の内部温度上昇を抑制し、例えば映像素子が自発光型であっても内部温度の上昇に伴う性能劣化や寿命短縮を回避し、良好な画像形成が可能となる。
【００８８】
本発明のさらに別の側面では、ケース部材は、映像素子のＦＰＣの延在方向に沿って離間した複数個所に接着剤塗布部を設けている。この場合、接着固定後、応力の掛かりやすいＦＰＣの延在方向について耐性が強いものにできる。
【００８９】
以上のように、本発明の一態様の映像素子ユニットは、映像光を射出する映像素子と、映像素子を収納するケース部材と、ケース部材に取り付けられて映像素子からの映像光の射出領域を画定する遮光板とを備える。
【００９０】
上記映像素子ユニットでは、ケース部材に設けた位置決め部により遮光板を高精度に取り付けることで、装置の小型化を図りつつ、不要な成分についての光漏れの抑制を図ることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０，１０ａ，１０ｂ…導光部材、３０…投射レンズ、５０…中央部材、５０Ａ…，５０Ｂ光透過部、８０…映像素子、８０ｆ…ＦＰＣ部、８０ｋ…発光部、８０ｐ…本体部分、９０…遮光板、９０ａ…平坦部、９０ｂ…周辺部、１００…虚像表示装置、１００Ｃ…透視型導光ユニット、１０４…テンプル、１０５ｄ…外装部材、ＡＣ１，ＡＣ２…接着剤塗布部、ＡＤ…接着剤、ＡＲ１，ＡＲ２…矢印、ＡＸ…入射側光軸、ＢＲ…鏡筒、ＣＬ…クリアランス、ＣＲ…凸部、ＣＳ…ケース部材、ＣＳｄ…放熱構造部、ＣＳｓ…収納部、ＤＵ…映像素子ユニット、ＥＹ…眼、ＦＦ…平面、ＦＬ，ＦＬ１，ＦＬ２…曲げ部、ＦＲ…枠形状部、ＧＧ…保護ガラス、ＧＧｓ…表面、ＧＬ…映像光、ＨＫ…フック構造、ＨＬ…穴部、ＬＳ１〜ＬＳ４…レンズ、ＯＰ…開口部、ＰＲ…突起部、ＰＳｐ…位置決め部、ＰＳｘ，ＰＳｙ…突起部、ＳＬ…斜面部、ＳＳ…シリコン基板、ＳＳ１〜ＳＳ３…端面、ＳＳＦ…基準面、ＳＳｒ…裏面、ＴＨ…貫通孔、α１〜α３，β１，β２，γ１，γ２，δ１，δ２，ε１，ε２…状態
【図１】
2020160116.tif 000003
【図２】
2020160116.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020160116.tif 000009
【図８】
2020160116.tif 000010
【図９】
2020160116.tif 000011
【図１０】
2020160116.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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