特許 7540364 光学モジュール及び頭部装着型表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-19

(45)【発行日】2024-08-27

(54)【発明の名称】光学モジュール及び頭部装着型表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240820BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021029757

(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公開番号】P2022131034

(43)【公開日】2022-09-07

【審査請求日】2023-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】山口 論人

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０２０６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１２７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７９０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００９７２７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－２２８３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１６７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０４６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８７２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像光を出射する映像素子と、
前記映像素子から出射された前記映像光を出射面から出射させる第１光学部材と、
前記第１光学部材から出射された前記映像光を、入射面から入射させ、内反射面で反射させ、出射面から出射させる第２光学部材と、
前記第２光学部材から出射された前記映像光を瞳位置に向けて反射するコンバイナーと、
前記映像光の一部を遮光し、前記第２光学部材の前記入射面及び前記第１光学部材の前記出射面のうち少なくとも一方の光学部材に支持される遮光部材と、を備え、
前記第２光学部材の前記入射面に入射する前記映像光の光軸と前記第２光学部材の出射面から出射される前記映像光の光軸とを含む仮想平面の法線と平行な方向から見て、前記第２光学部材の前記入射面の一部は、前記遮光部材から前記第１光学部材の前記出射面に向けて突出し、
前記仮想平面の法線と平行な方向から見て、前記遮光部材は、前記第１光学部材の前記出射面よりも外側に突出している、光学モジュール。

【請求項2】

前記第２光学部材の前記入射面に入射する前記映像光の光軸と平行な方向から見て、前記遮光部材は、前記一方の光学部材に設けられた前記第１光学部材と前記第２光学部材とを位置決めする一対の嵌合部材の間に配置される、請求項１に記載の光学モジュール。

【請求項3】

映像光を出射する映像素子と、
前記映像素子から出射された前記映像光を出射面から出射させる第１光学部材と、
前記第１光学部材から出射された前記映像光を、入射面から入射させ、内反射面で反射させ、出射面から出射させる第２光学部材と、
前記第２光学部材から出射された前記映像光を瞳位置に向けて反射するコンバイナーと、
前記映像光の一部を遮光し、前記第２光学部材の前記入射面及び前記第１光学部材の前記出射面のうち少なくとも一方の光学部材に支持される遮光部材と、を備え、
前記第２光学部材の前記入射面に入射する前記映像光の光軸と平行な方向から見て、前記遮光部材は、前記一方の光学部材に設けられた前記第１光学部材と前記第２光学部材とを位置決めする一対の嵌合部材の間に配置される、光学モジュール。

【請求項4】

前記遮光部材に設けられた開口は、一対の辺を有し、一方の辺は、他方の辺よりも短い、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学モジュール。

【請求項5】

前記遮光部材は、前記第１光学部材の前記出射面から出射される映像光の光軸に対して、垂直である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学モジュール。

【請求項6】

前記遮光部材は、前記第１光学部材の前記出射面から出射される映像光の光軸に対して、垂直な状態に対して傾斜している、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学モジュール。

【請求項7】

前記第２光学部材の前記入射面に入射する前記映像光の光軸と前記第２光学部材の出射面から出射される前記映像光の光軸とを含む仮想平面の法線と平行な方向から見て、前記遮光部材は曲率を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学モジュール。

【請求項8】

前記遮光部材の厚みは、２０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学モジュール。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載の前記光学モジュールと、
前記映像素子に表示動作を行わせる制御装置とを備える、頭部装着型表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、虚像の観察を可能にする光学モジュール及びこれを備える頭部装着型表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

頭部装着型表示装置に組み込まれて虚像の観察を可能にする光学エンジンとして、映像光の光軸方向を変更するプリズムと、映像光を出射してプリズムに入射させるリレー光学系とを備えるものが公知となっている（特許文献１参照）。この光学エンジンでは、投射レンズを構成する複数のレンズ間に余分な映像光を遮光する遮光部材を配置することで、ゴーストの発生を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－３８２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の装置では、遮光部材を用いて映像光を遮光している。このような遮光部材をレンズとプリズムとの間に設ける場合、レンズとプリズムとの距離を短くすることが困難になる。そのため、レンズとプリズムとの距離が長くなり、レンズとプリズムとの間の空間を介して入射する迷光によって、光学モジュールの光学性能が劣化してしまうおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一側面における光学モジュール又は頭部装着型表示装置は、映像光を出射する映像素子と、前記映像素子から出射された前記映像光を出射面から出射させる第１光学部材と、前記第１光学部材から出射された前記映像光を、入射面から入射させ、内反射面で反射させ、出射面から出射させる第２光学部材と、前記第２光学部材から出射された前記映像光を瞳位置に向けて反射するコンバイナーと、前記映像光の一部を遮光し、前記第２光学部材の前記入射面及び前記第１光学部材の前記出射面のうち少なくとも一方の光学部材に支持される遮光部材と、を備え、前記第２光学部材の前記入射面に入射する前記映像光の光軸と前記第２光学部材の出射面から出射される前記映像光の光軸とを含む仮想平面の法線と平行な方向から見て、前記第２光学部材の前記入射面の一部は、前記遮光部材から前記第１光学部材の前記出射面に向けて突出し、前記仮想平面の法線と平行な方向から見て、前記遮光部材は、前記第１光学部材の前記出射面よりも外側に突出している。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態のＨＭＤの装着状態を説明する外観斜視図である。

【図2】ＨＭＤ本体の斜視図と、外装部材を外した内部の斜視図とを示す。

【図3】光学モジュールの平面図及び左側面図を示す。

【図4】ＨＭＤの内部の光学系を説明する概念的な側断面図である。

【図5】表示像の歪曲補正を説明する図である。

【図6】プリズムミラーに対する投射レンズの位置決めを説明する図である。

【図7】プリズムミラーと第２レンズとの接続を説明する側断面図である。

【図8】第２レンズに対する遮光部材の取り付け状態を説明する図である。

【図9】遮光部材の下端の周辺を示す拡大側断面図である。

【図10】第２レンズに対する遮光部材の取付状態の変形例を説明する図である。

【図11】第２実施形態のＨＭＤにおける遮光部材を説明する側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係る光学モジュール及び頭部装着型表示装置の第１実施形態について説明する。

【0008】

図１は、画像表示装置２００の装着状態を説明する図である。画像表示装置２００は、頭部装着型表示装置すなわちヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する。）２０１であり、これを装着する観察者又は装着者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。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、画像表示装置２００又はＨＭＤ２０１を装着した観察者又は装着者ＵＳの両眼ＥＹの並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、装着者ＵＳにとっての両眼ＥＹの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、装着者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Ｙ方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。

【0009】

画像表示装置２００は、装着者ＵＳの眼前を覆うように配置される本体２００ａと、本体２００ａを支持するテンプル状の一対の支持装置２００ｂとを備える。本体２００ａは、機能的に見た場合、右眼用の第１表示装置１００ａと、左眼用の第２表示装置１００ｂとを含む。第１表示装置１００ａは、上部に配置される第１表示駆動部１０２ａと、メガネレンズ状で眼前を覆う第１コンバイナー１０３ａとで構成される。第２表示装置１００ｂも同様に、上部に配置される第２表示駆動部１０２ｂと、メガネレンズ状で眼前を覆う第２コンバイナー１０３ｂとで構成される。

【0010】

図２を参照して、画像表示装置２００の本体２００ａの構造等について説明する。図２中で、領域ＡＲ１は、本体２００ａの外観斜視図であり、領域ＡＲ２は、本体２００ａの上部を露出させた斜視図である。

【0011】

本体２００ａのうち、＋Ｙ側すなわち上側に配置される一対の表示駆動部１０２ａ，１０２ｂは、連結されて一体化されており、横方向に細長くしたドーム状の上外装部材１０７ａと、平坦な板状の下外装部材１０７ｂとによって覆われている。第１コンバイナー１０３ａ及び第２コンバイナー１０３ｂは、前方すなわち＋Ｚ方向に突起した半球の上部をカットしたような形状を有し、下外装部材１０７ｂから下方に突き出すように配置されている。

【0012】

右眼用の第１表示装置１００ａは、第１映像素子１１ａと、第１光学系１２ａと、第１フレーム６１ａと、第１コンバイナー１０３ａとを備える。第１光学系１２ａは、内カバーである第１カバー部材７１ａに覆われ、第１映像素子１１ａは、第１カバー部材７１ａの開口７１ｏを塞ぐように配置され、矩形枠状の第１ホルダー７２ａを介して第１光学系１２ａに固定されている。

【0013】

左眼用の第２表示装置１００ｂは、第２映像素子１１ｂと、第２光学系１２ｂと、第２フレーム６１ｂと、第２コンバイナー１０３ｂとを備える。第２光学系１２ｂは、内カバーである第２カバー部材７１ｂに覆われ、第２映像素子１１ｂは、第２カバー部材７１ｂの開口７１ｏを塞ぐように配置され、矩形枠状の第２ホルダー７２ｂを介して第２光学系１２ｂに固定されている。左眼用の第２表示装置１００ｂは、右眼用の第１表示装置１００ａと同一の構造及び機能を有する。つまり、第２映像素子１１ｂは、第１映像素子１１ａと同様のものであり、第２光学系１２ｂは、第１光学系１２ａと同様のものであり、第２コンバイナー１０３ｂは、第１コンバイナー１０３ａと同様のものである。

【0014】

第１表示装置１００ａと第２表示装置１００ｂとは、内部において固定部材７８を介して連結され固定されている。つまり、固定部材７８は、一対の表示装置１００ａ，１００ｂに組み込まれた一対のフレーム６１ａ，６１ｂを中央で支持し、第１表示装置１００ａと第２表示装置１００ｂとが相対的に位置決めされた状態を維持している。具体的には、第１フレーム６１ａは、第２フレーム６１ｂ寄りの内側端部において、棒状の固定部材７８の一端に接続され、第２フレーム６１ｂは、第１フレーム６１ａ寄りの内側端部において、棒状の固定部材７８の他端に接続されている。第１フレーム６１ａと第２フレーム６１ｂとは、半円板状の金属部材であり、例えばマグネシウム合金で形成される。固定部材７８も、例えばマグネシウム合金で形成される。第１フレーム６１ａ及び第２フレーム６１ｂをマグネシウム合金のような放熱性の高い材料で形成することにより、映像素子１１ａ等が発生する熱の放熱効率を高めることができる。固定部材７８をマグネシウム合金のような放熱性の高い材料で形成することにより、第１フレーム６１ａや第２フレーム６１ｂを放熱によって冷却する効果を持たせることができる。

【0015】

固定部材７８の上方であって左右の表示装置１００ａ，１００ｂの間には、矩形板状の回路基板９１が配置されている。回路基板９１は、第１映像素子１１ａ及び第２映像素子１１ｂの表示動作を制御する制御装置９２を含む。制御装置９２は、左右の映像素子１１ａ，１１ｂに対して表示画像に対応する駆動信号を出力し左右の映像素子１１ａ，１１ｂの表示動作を制御する。制御装置９２は、例えばＩＦ回路、信号処理回路等を備え、外部から受け取った画像データ又は画像信号に応じて、左右の映像素子１１ａ，１１ｂに２次元的な画像表示を行わせる。制御装置９２は、図示を省略するが、第１表示装置１００ａの動作と第２表示装置１００ｂの動作とを統括するメイン基板を含む。メイン基板は、例えば不図示の外部装置との間で通信し当該外部装置から受信した信号に対して信号変換を行うインターフェース機能や、第１表示装置１００ａの表示動作と第２表示装置１００ｂの表示動作とを連携させる統合機能を有するものとすることができる。

【0016】

図３は、第１表示装置１００ａを構成する光学モジュール１００を示している。図３中で、領域ＢＲ１は、光学モジュール１００の平面図であり、領域ＢＲ２は、光学モジュール１００の側面図である。第１光学系１２ａは、板状の第１フレーム６１ａの上面に接着等によって固定され、第１コンバイナー１０３ａは、その上端で第１フレーム６１ａの周囲のうち前半分に接着等によって固定されている。第１光学系１２ａは、光学要素を支持するバレル３１を含む。バレル３１は、プリズムミラー２２と第１コンバイナー１０３ａとの間に配置される支持部材であり、＋Ｙ側の上部においてプリズムミラー２２を支持し、下部において楔型光学素子２８を介して第１フレーム６１ａに固定されている。第２光学部材であるプリズムミラー２２は、後方すなわち－Ｚ側において第１光学部材である投射レンズ２１を支持し、投射レンズ２１は、プリズムミラー２２の反対側の端部において第１ホルダー７２ａを介して第１映像素子１１ａを支持している。

【0017】

図４は、第１表示装置１００ａの光学的構造を説明する側方断面図である。第１表示装置１００ａは、第１映像素子１１ａと結像光学系２０とを備える。結像光学系２０は、投射レンズ２１と、プリズムミラー２２と、楔型光学素子２８と、シースルーミラー２３とを備える。投射レンズ２１とプリズムミラー２２との間には、遮光部材１７が配置されている。結像光学系２０のうち、投射レンズ２１とプリズムミラー２２と楔型光学素子２８とは、図３等に示す第１光学系１２ａに対応し、シースルーミラー２３は、第１コンバイナー１０３ａに対応する。第１映像素子１１ａの本体、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、及び楔型光学素子２８は、相互に位置決めされた状態で第１フレーム６１ａに固定され、第１映像素子１１ａ、投射レンズ２１、及びプリズムミラー２２は、第１カバー部材７１ａと第１フレーム６１ａとに挟まれた空間ＳＰ１内に収納されている。楔型光学素子２８は、第１フレーム６１ａの光学開口ＯＡに形成された段差に嵌め込むように配置され、光学開口ＯＡの周囲が気密な状態に保たれている。

【0018】

第１映像素子１１ａは、自発光型の表示デバイスである。第１映像素子１１ａは、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）ディスプレイであり、２次元の表示面１１ｄにカラーの静止画又は動画を形成する。第１映像素子１１ａは、ＸＹ面に対してＸ軸のまわりに若干回転して傾いたｘｙ面に沿って配置されている。第１映像素子１１ａは、回路基板９１に駆動されて表示動作を行う。第１映像素子１１ａは、有機ＥＬディスプレイに限らず、マイクロＬＥＤディスプレイ、又は無機ＥＬ、有機ＬＥＤ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等を用いた表示デバイスに置き換えることができる。第１映像素子１１ａは、自発光型の画像光生成装置に限らず、ＬＣＤその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライトのような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。第１映像素子１１ａとして、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣｏＳは登録商標）や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。

【0019】

投射レンズ２１は、第１レンズ２１ｐ及び第２レンズ２１ｑを含む。第１レンズ２１ｐは、入射面２１ａと出射面２１ｂとを有し、第２レンズ２１ｑは、入射面２１ｃと出射面２１ｄとを有する。投射レンズ２１は、第１映像素子１１ａから出射された映像光ＭＬを受けて、プリズムミラー２２に入射させる。投射レンズ２１は、第１映像素子１１ａから出射された映像光ＭＬを平行光束に近い状態に集光する。プリズムミラー２２は、入射面２２ａと、内反射面２２ｂと、出射面２２ｃとを有する。プリズムミラー２２は、前方から入射する映像光ＭＬを、入射方向を反転させた方向（プリズムミラー２２から見た光源の方向）に対して傾斜した方向に折り返すように出射する。楔型光学素子２８は、第１面２８ａと第２面２８ｂとを有し、プリズムミラー２２から出射されシースルーミラー２３に向かう画像光ＭＬを通過させる。シースルーミラー２３は、反射面２３ａと外側面２３ｏとを有する。シースルーミラー２３は、プリズムミラー２２の光出射側に形成された中間像を拡大する。

【0020】

結像光学系２０は、シースルーミラー２３が凹面鏡であること等に起因して、軸外し光学系ＯＳとなっている。本実施形態の場合、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、及びシースルーミラー２３は、非軸対称に配置され、非軸対称な光学面を有する。結像光学系２０が軸外し光学系ＯＳであるとは、結像光学系２０を構成する光学要素２１，２２，２８，２３において、複数の反射面又は屈折面への光線の入射の前後で光路が全体として折れ曲がることを意味する。この結像光学系２０つまり軸外し光学系ＯＳでは、紙面に対応する軸外し面（ＹＺ面に平行な面）に沿って光軸ＡＸが延びるように光軸ＡＸの折り曲げが行われ、かかる軸外し面に沿って光学要素２１，２２，２８，２３が配列されている。光軸ＡＸは、ＹＺ面に平行な横断面で見た場合、反射面の前後で互いに傾斜する複数の光軸部分ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３によって、Ｚ字状の配置となっている。つまり、ＹＺ面に平行な軸外し面において、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１と、内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２と、シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３とが、Ｚ字状に２段階で折り返される配置となっている。基準面である軸外し面（ＹＺ面に平行な面）は、縦のＹ方向に平行に延びる。この場合、第１表示装置１００ａを構成する光学要素２１，２２，２８，２３が縦方向に高さ位置を変えて配列されることになり、第１表示装置１００ａの横幅の増大を防止することができる。

【0021】

結像光学系２０のうち、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１は、後方に向かって斜め上方向に延びている。つまり、光路Ｐ１において、光軸部分ＡＸ１は、－Ｚ方向と＋Ｙ方向との中間に近い方向に延びている。内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２は、前方に向かって斜め下方向に延びている。つまり、光路Ｐ２において、光軸部分ＡＸ２は、＋Ｚ方向と－Ｙ方向との中間に近い方向に延びている。ただし、水面方向（ＸＺ面）を基準とした場合、光路Ｐ２の傾斜が光路Ｐ１の傾斜よりも大きくなっている。シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３は、Ｚ方向に平行に近い状態となっているが、図示の例では、光軸部分ＡＸ３は、＋Ｚ方向に向かって、下向きを負として、－１０°程度となっている。つまり、光軸部分ＡＸ３を延長した出射光軸ＥＸは、前方の＋Ｚ方向に平行な中心軸ＨＸに対して１０°程度下向きに傾いて延びている。これは、人間の視線が水平方向より下側に約１０°傾いた若干の伏し目状態で安定するからである。

【0022】

投射レンズ（第１光学部材）２１を構成する第１レンズ２１ｐの入射面２１ａと出射面２１ｂとは、ＹＺ面に平行で光軸ＡＸと交差する縦方向に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、横方向又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。投射レンズ２１を構成する第２レンズ２１ｑの入射面２１ｃと出射面２１ｄとは、ＹＺ面に平行で光軸ＡＸと交差する縦方向に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、横方向又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。第１レンズ２１ｐ及び第２レンズ２１ｑは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。第１レンズ２１ｐの入射面２１ａと出射面２１ｂとは、例えば自由曲面である。入射面２１ａと出射面２１ｂとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。第２レンズ２１ｑの入射面２１ｃと出射面２１ｄとは、例えば自由曲面である。入射面２１ｃと出射面２１ｄとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。入射面２１ａ，２１ｃ又は出射面２１ｂ，２１ｄを自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、偏芯系の光学性能を高めることが容易となるので、非共軸の軸外し光学系ＯＳである結像光学系２０の収差を低減することが容易になる。詳細な図示は省略するが、入射面２１ａ，２１ｃ及び出射面２１ｂ，２１ｄ上には、反射防止膜が形成されている。

【0023】

プリズムミラー（第２光学部材）２２は、ミラーとレンズとを複合させた機能を有する屈折反射光学部材であり、投射レンズ２１からの映像光ＭＬを屈折させつつ反射する。プリズムミラー２２は、映像光ＭＬを入射面２２ａを介して内部に入射させ、入射した映像光ＭＬを内反射面２２ｂによって非正面方向に全反射させ、入射した映像光ＭＬを出射面２２ｃを介して外部に出射させる。入射面２２ａと出射面２２ｃとは、曲面からなる光学面であり、反射面のみの場合又はこれらを平面とした場合に比較して解像度向上に寄与する。プリズムミラー２２を構成する光学面である入射面２２ａと内反射面２２ｂと出射面２２ｃとは、ＹＺ面に平行で光軸ＡＸと交差する縦方向に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、横方向又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。プリズムミラー２２は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。プリズムミラー２２の本体の屈折率は、映像光ＭＬの反射角も参酌して内面での全反射が達成されるような値に設定される。プリズムミラー２２の光学面、つまり入射面２２ａと内反射面２２ｂと出射面２２ｃとは、例えば自由曲面である。入射面２２ａと内反射面２２ｂと出射面２２ｃとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。プリズムミラー２２において、光学面２２ａ，２２ｂ，２２ｃを自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、偏芯系の光学性能を高めることが容易となる。内反射面２２ｂについては、全反射によって映像光ＭＬを反射するものに限らず、金属膜又は誘電体多層膜からなる反射面とすることもできる。この場合、内反射面２２ｂ上に、例えばＡｌ、Ａｇのような金属で形成された単層膜又は多層膜からなる反射膜を蒸着等によって成膜し、或いは金属で形成されたシート状の反射膜を貼り付ける。詳細な図示は省略するが、入射面２２ａ及び出射面２２ｃ上には、反射防止膜が形成されている。

【0024】

プリズムミラー２２と投射レンズ２１との間には遮光部材１７が配置されている。遮光部材１７は、映像光ＭＬが全体として絞られる開口瞳に近い位置に配置されるが、結像光学系２０が軸外し光学系ＯＳであることから、縦のＹ方向や横のＸ方向に関して開口瞳の位置が異なっており、厳密な意味での開口絞りとはなっていない。遮光部材１７は、プリズムミラー２２において映像光ＭＬが入射する入射面２２ａと、投射レンズ２１において映像光ＭＬが出射する出射面２１ｄとのうち、少なくとも一方の周囲に支持されている。ここで、入射面２２ａや出射面２１ｄについて、周囲とは、入射面２２ａや出射面２１ｄの外縁に限らず、入射面２２ａや出射面２１ｄの外側形成されるフランジ部（不図示）を含むものとする。具体的な実施例では、後述するように第２レンズ２１ｑのフランジ部に遮光部材１７が支持され固定されている。プリズムミラー２２の入射面２２ａに入射する映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１に垂直な方向から見て、例えば±Ｘ方向から見て、プリズムミラー２２の入射面２２aの一部は、遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出している。つまり、遮光部材１７の開口１７ａを介してプリズムミラー２２の入射面２２ａが投射レンズ２１の出射面２１ｄ側にはみ出している。このように、プリズムミラー２２の入射面２２ａが遮光部材１７の開口１７ａを介して投射レンズ２１の出射面２１ｄ側にはみ出すことによって、遮光部材１７がプリズムミラー２２のフランジ部に近づくことになり、投射レンズ２１とプリズムミラー２２との位置決めの自由度が高まり、投射レンズ２１とプリズムミラー２２とを近づけて配置することが容易になり、結像光学系２０の小型化を容易にするだけでなく、投射レンズ２１とプリズムミラー２２との隙間に意図しない光が侵入したり、投射レンズ２１とプリズムミラー２２との隙間から意図しない光が漏れ出したりすることを低減することができる。

【0025】

なお、図示を省略しているが、投射レンズ２１を構成する第１レンズ２１ｐと第２レンズ２１ｑとの間において、上記遮光部材１７のような遮光部材を配置することができる。また、プリズムミラー２２と楔型光学素子２８との間において、プリズムミラー２２の近傍に、上記遮光部材１７のような遮光部材、つまりプリズムミラー２２の出射面２２ｃの周囲に支持され、出射面２２ｃが開口からはみ出すような遮光部材を配置することができる。

【0026】

楔型光学素子２８は、プリズムミラー２２とシースルーミラー２３との間に配置され、光透過性を有する。楔型光学素子２８は、結像状態を改善する役割を有する。楔型光学素子２８の入射側に設けられている第１面２８ａは、平坦であるが自由曲面となっており、ＹＺ面に平行な縦方向に関して光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、ＹＺ面に垂直なＸ方向すなわち横方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。第１面２８ａには反射防止膜が形成されている。楔型光学素子２８の出射側に設けられている第２面２８ｂは、平面であり、反射防止膜が形成されている。楔型光学素子２８は、前側である＋Ｚ側で厚みが増している。これにより、プリズムミラー２２等に起因する歪曲収差の発生を抑制することができる。楔型光学素子２８の屈折率は、プリズムミラー２２の屈折率と異なる。これにより、楔型光学素子２８とプリズムミラー２２等との間で屈折や分散の程度を調整することができ、例えば色消しの達成が容易になる。

【0027】

シースルーミラー２３は、凹の表面ミラーとして機能する湾曲した板状の光学部材であり、プリズムミラー２２からの映像光ＭＬを反射する。つまり、シースルーミラー２３は、第１光学系１２ａからの映像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて反射する。シースルーミラー２３は、眼ＥＹ又は瞳孔が配置される瞳位置ＰＰを覆うとともに瞳位置ＰＰに向かって凹形状を有し、外界に向かって凸形状を有する。シースルーミラー２３は、視界のうち画面の有効領域の全体をカバーする凹面透過ミラーである。シースルーミラー２３は、収束機能を有するコリメーターであり、表示面１１ｄの各点から出射された映像光ＭＬの主光線であって、第１光学系１２ａの出射領域の近傍で結像によって一旦広がった映像光ＭＬの主光線を瞳位置ＰＰに向けて反射し瞳位置ＰＰに収束させる。シースルーミラー２３は、板状体２３ｂの表面又は裏面上に透過性を有するミラー膜２３ｃを形成した構造を有するミラー板である。シースルーミラー２３や反射面２３ａは、ＹＺ面に平行で光軸ＡＸと交差する縦方向に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、横方向又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、例えば自由曲面である。反射面２３ａは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。シースルーミラー２３を自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系又は非共軸光学系である結像光学系２０の収差を低減することが容易になる。

【0028】

シースルーミラー２３は、反射に際して一部の光を透過させる透過型の反射素子であり、シースルーミラー２３の反射面２３ａ又はミラー膜２３ｃは、半透過性を有する反射層によって形成されている。これにより、外界光ＯＬがシースルーミラー２３を通過するので、外界のシースルー視が可能になり、外界像に虚像を重ねることができる。この際、ミラー膜２３ｃを支持する板状体２３ｂが数ｍｍ程度以下に薄ければ、外界像の倍率変化を小さく抑えることができる。ミラー膜２３ｃの映像光ＭＬや外界光ＯＬに対する反射率は、映像光ＭＬの輝度確保や、シースルーによる外界像の観察を容易にする観点で、想定される映像光ＭＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。シースルーミラー２３の基材である板状体２３ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。板状体２３ｂは、これを周囲から支持する支持板８３と同一の材料で形成され、支持板８３と同一の厚みを有する。ミラー膜２３ｃは、例えば膜厚を調整した複数の誘電体層からなる誘電体多層膜で形成される。ミラー膜２３ｃは、膜厚を調整したＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜又は多層膜であってもよい。ミラー膜２３ｃは、積層によって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。板状体２３ｂの外側面２３ｏには、反射防止膜が形成されている。

【0029】

光路について説明すると、第１映像素子１１ａからの映像光ＭＬは、投射レンズ２１に入射して略コリメートされた状態で投射レンズ２１から出射される。投射レンズ２１を通過した映像光ＭＬは、プリズムミラー２２に入射して入射面２２ａを屈折されつつ通過し、内反射面２２ｂによって１００％に近い高い反射率で反射され、再度出射面２２ｃで屈折される。プリズムミラー２２からの映像光ＭＬは、楔型光学素子２８を介してシースルーミラー２３に入射し、反射面２３ａによって５０％程度以下の反射率で反射される。シースルーミラー２３で反射された映像光ＭＬは、装着者ＵＳの眼ＥＹ又は瞳孔が配置される瞳位置ＰＰに入射する。瞳位置ＰＰには、シースルーミラー２３やその周囲の支持板８３を通過した外界光ＯＬも入射する。つまり、第１表示装置１００ａを装着した装着者ＵＳは、外界像に重ねて、映像光ＭＬによる虚像を観察することができる。

【0030】

図５に示すように、第１映像素子１１ａの表示面１１ｄに形成する表示像を予め台形歪のような歪を持たせた修正画像ＤＡ１とする。つまり、結像光学系２０が軸外し光学系ＯＳであることから、光学系自体で台形歪のようなディストーションを取りきることは容易でない。よって、第１映像素子１１ａに表示される画像を、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、楔型光学素子２８、及びシースルーミラー２３によって形成される歪を相殺する逆の歪を有するものとすることで、結像光学系２０を経て瞳位置ＰＰで観察される虚像の投影像ＩＧ１の画素配列を、元の表示像ＤＡ０に対応する格子パターンとすることができ輪郭を矩形とすることができる。つまり、第１映像素子１１ａは、投射レンズ２１、プリズムミラー２２、楔型光学素子２８、及びシースルーミラー２３によって形成されるディストーションを補正する。結果的に、シースルーミラー２３等で発生するディストーションを許容しつつ第１映像素子１１ａを含めた全体として収差を抑えることができる。これにより、プリズムミラー２２等の光学要素の配置やサイズの自由度が高まり、第１表示装置１００ａの小型化を達成しつつ、第１表示装置１００ａの光学性能の確保を容易にすることができる。

【0031】

図６を参照して、プリズムミラー２２に対する投射レンズ２１の固定について説明する。図６中で、領域ＣＲ１は、バレル３１にプリズムミラー２２等を組付けた光学ブロック３０の正面図であり、領域ＣＲ２は、光学ブロック３０の側面図であり、領域ＣＲ３は、光学ブロック３０の斜視図であり、領域ＣＲ４は、投射レンズ２１の斜視図である。投射レンズ２１は、光学ブロック３０のプリズムミラー２２に対して直接固定される。この際、投射レンズ２１は、プリズムミラー２２に対して、嵌合と片寄とを用いて位置決めされた状態で固定される。

【0032】

プリズムミラー２２は、投射レンズ２１に面する位置において、一対の切欠き２２ｗを有し、一対の切欠き２２ｗは、第１仮想平面ＶＰ１に平行な一対の制限面５４ａ，５４ｂを有する。ここで、第１仮想平面ＶＰ１は、プリズムミラー２２の入射面２２ａに入射する映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１（図４参照）と出射面２２ｃから出射する映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ２（図４参照）とを含む平面であり、軸外し光学系ＯＳの軸外し面と一致する。一方、投射レンズ２１のうち後段の第２レンズ２１ｑは、フランジ部２１ｆにおいて、一対の嵌合部材として一対の爪２１ｙを有する。一対の爪２１ｙは、第１仮想平面ＶＰ１に平行な一対の内側面２１ｇを有する。プリズムミラー２２に投射レンズ２１を固定する際には、プリズムミラー２２の一対の爪２１ｙをプリズムミラー２２に形成された一対の切欠き２２ｗに挿入し、光軸部分ＡＸ１に平行な方向から見て一対の爪２１ｙが一対の切欠き２２ｗを挟むような状態とする。この結果、プリズムミラー２２に設けられた一対の制限面５４ａ，５４ｂと、投射レンズ２１に設けられた内側面２１ｇとが対向し、第１仮想平面ＶＰ１に垂直なＸ方向の位置決めを可能にする。以上により、投射レンズ２１がプリズムミラー２２すなわち光学ブロック３０に対して横のＸ方向に関して位置決めされる。

【0033】

プリズムミラー２２に設けられた一対の切欠き２２ｗは、第１仮想平面ＶＰ１に垂直で略鉛直方向に延びる平面（つまり、ＸＹ面に略平行な第２仮想平面ＶＰ２）に平行に延びる一対の第１位置決め面５５ａ，５５ｂと、第１仮想平面ＶＰ１及び第２仮想平面ＶＰ２に垂直で略水平に延びる平面（つまり、ＸＺ面に略平行な平面）に平行に延びる一対の第２位置決め面５５ｃ，５５ｄを有する。一方、第２レンズ２１ｑの一対の爪２１ｙは、プリズムミラー２２の一対の切欠き２２ｗに設けられた一対の第１位置決め面５５ａ，５５ｂと当接する一対の基準面２１ｈ，２１ｉを有する。また、第２レンズ２１ｑの一対の爪２１ｙは、プリズムミラー２２の一対の切欠き２２ｗに設けられた第２位置決め面５５ｃ，５５ｄと当接する一対の基準面２１ｊ，２１ｋを有する。以上により、投射レンズ２１がプリズムミラー２２に対してＸ方向及びＹ方向に関して高精度で位置決めされる。

【0034】

以上において、一対の第１位置決め面５５ａ，５５ｂは、一対の帯状の平面であり、映像光ＭＬの光軸ＡＸを挟んでＸ方向に離間しており、Ｙ方向に略平行に延びる。一対の第１位置決め面５５ａ，５５ｂがＹ方向に略平行に延びることによって、Ｘ方向に平行な軸αの周りに関する第２レンズ２１ｑ或いは投射レンズ２１の回転を規制することができる。また、一対の第１位置決め面５５ａ，５５ｂが光軸ＡＸを挟んでＸ方向に離間することによって、Ｙ方向に略平行な軸βの周りに関する第２レンズ２１ｑ或いは投射レンズ２１の回転を規制することができる。さらに、第２位置決め面５５ｃ，５５ｄは、映像光ＭＬの光軸ＡＸを挟んでＸ方向に離間している一対の平面である。これにより、第２位置決め面５５ｃ，５５ｄによってＺ方向に略平行な軸γの周りに関する第２レンズ２１ｑ或いは投射レンズ２１の回転を規制することができる。以上により、交差する３軸α，β，γに関して、投射レンズ２１の回転姿勢を適正に設定することができる。

【0035】

以上のように、投射レンズ２１は、プリズムミラー２２のフランジ部２２ｆに対して、（１）第１制限面５４ａと第１制限面５４ｂとによって挟む嵌合と、（２）第１位置決め面５５ａ，５５ｂと第２位置決め面５５ｃ，５５ｄとに対する片寄と、を利用することによって位置決めされた状態とされ、この位置決め状態を維持しつつ光硬化型の接着材や超音波融着法等を用いてプリズムミラー２２に固定される。

【0036】

図７を参照して、投射レンズ２１の第２レンズ２１ｑに設けられたフランジ部２１ｆの端面には、遮光部材１７が固定されている。遮光部材１７は、矩形枠状の輪郭を有する縁部分１７ｏの内側に開口１７ａを形成したものである。遮光部材１７は、第２レンズ２１ｑの出射面２１ｄから出射される映像光ＭＬの周辺部分をカットし、縁部分１７ｏに囲まれた開口１７ａを介して出射面２１ｄの有効領域内を通過する映像光ＭＬのみをプリズムミラー２２の入射面２２ａに選択的に入射させる。ここで、映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１に垂直なＸ方向から見て、投射レンズ２１の出射面２１ｄの頂点２１ｘやその周辺が、遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出ている。つまり、出射面２１ｄの頂点２１ｘやその周辺は、遮光部材１７の開口１７ａを超えて投射レンズ２１側に延びている。遮光部材１７は、例えばＳＵＳその他の金属板で形成され、その表面は、光吸収性を有する材料（具体的には黒色材料）で塗装され、光吸収性を有する材料でめっきされ、或いは光吸収性を有する材料の蒸着がなされている。遮光部材１７の厚みは、例えば数１０μｍ～数１００μｍ程度であり、より具体的には、例えば２０μｍ以上３００μｍ以下である。遮光部材１７がこの程度の厚みを有する場合、投射レンズ２１とプリズムミラー２２との間に配置するためのフランジ部２１ｆ，２２ｆの形状設計が容易になる。

【0037】

図８は、第２レンズ２１ｑに対する遮光部材１７の取付け状態を光軸ＡＸ方向から見た図である。図８中で、領域ＤＲ１は、第２レンズ２１ｑに遮光部材１７を取り付けた状態を示し、領域ＤＲ２は、第２レンズ２１ｑから遮光部材１７を取り外した状態を示す。遮光部材１７は、第２レンズ２１ｑのフランジ部２２ｆに設けられた一対の爪２１ｙに把持されている。つまり、遮光部材１７は、一対の爪２１ｙの間に配置されて位置決めされている。より詳細に説明すると、遮光部材１７の縁部分１７oは、第２レンズ２１ｑのフランジ部２２ｆに設けられた一対の爪２１ｙに挟まれた状態で、フランジ部２２ｆに接着され固定されている。この際、遮光部材１７の縁部分１７oの裏面がフランジ部２２ｆの上面２１ｕに当接するだけでなく、縁部分１７oの一対の外縁１７ｅが一対の爪２１ｙの内側面２１ｇに挟まれ、縁部分１７oに形成された一対の切欠き１７ｔが一対の爪２１ｙの根元に形成された突起２１ｒと嵌合する。これにより、第２レンズ２１ｑに対する遮光部材１７の並進移動や回転が規制され、第２レンズ２１ｑに対して遮光部材１７を位置決めすることができる。つまり、遮光部材１７の第２レンズ２１ｑを基準としたＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に関する配置が適正に設定され、遮光部材１７の第２レンズ２１ｑを基準としたＸ方軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転姿勢が適正に設定される。

【0038】

遮光部材１７の開口１７ａは、台形状又はＤ型の輪郭を有する。開口１７ａの＋Ｙ側の上辺１７ｉと開口１７ａの－Ｙ側の下辺１７ｊとを比較すると、一方の辺である上辺１７ｉは、他方の辺である下辺１７ｊよりも短くなっている。この差に対応して、上辺１７ｉと下辺１７ｊとをつなぐ一対の側辺１７ｎにおいて、－Ｙ側つまり図面の下に向けて広がる斜辺１７ｋが形成されている。このように、遮光部材１７の開口１７ａを上側で狭く下側で広くしているのは、第２レンズ２１ｑの出射面２１ｄから出射される映像光ＭＬの光束断面の非対称性を考慮したものである。すなわち、映像光ＭＬの光束断面は、結像光学系２０が軸外し光学系ＯＳであることに起因して、ＹＺに平行で光軸部分ＡＸ１に垂直な縦方向よりも横のＸ方向に相対的に長く、かつ、＋Ｙ側よりも－Ｙ側で広がる非対称性を有している。このように非対称性を有する映像光ＭＬの光束断面に適合するように、遮光部材１７の開口１７ａの形状が設定されている。

【0039】

図９に拡大して示すように、横のＸ方向から見て、遮光部材１７の下端部１７ｙは、第２レンズ２１ｑ又は投射レンズ２１の出射面２１ｄの下枠２１ｖよりも外側に突出している。ここで、横のＸ方向は、プリズムミラー２２の入射面２２ａに入射する映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１とプリズムミラー２２の出射面２２ｃから出射する映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ２とを含む平面（図６の第１仮想平面ＶＰ１に相当）の法線に平行な方向に相当する。また、図示の例では、第２レンズ２１ｑの出射面２１ｄの下枠２１ｖが出射面２１ｄの下端となっており、遮光部材１７の下端部１７ｙは、出射面２１ｄの下枠２１ｖよりも外側に突出している。出射面２１ｄの外側にフランジ部２１ｆが広がる場合、遮光部材１７の下端部１７ｙは、フランジ部２１ｆの外側面２１ｚの延長面よりも外側に突出させることができる。遮光部材１７の下端部１７ｙの突出方向は、－Ｙ方向と＋Ｚ方向との間になっている。このように、遮光部材１７の下端部１７ｙを第２レンズ２１ｑの出射面２１ｄの下枠２１ｖよりも外側に突出させることにより、第２レンズ２１ｑの出射面２１ｄから出射する映像光ＭＬがプリズムミラー２２の入射面２２ａの外側からプリズムミラー２２内に入射して迷光となることを回避することができる。遮光部材１７の下端部１７ｙが十分に突出していない場合、出射面２１ｄから出射した映像光ＭＬが、プリズムミラー２２の入射面２２ａと出射面２２ｃとの間に形成された段差状の接続面２２ｊを介してプリズムミラー２２の内部に入射する可能性がある。なお、遮光部材１７の下端部１７ｙは、横のＸ方向に沿った全体に亘って第２レンズ２１ｑの出射面２１ｄの下枠２１ｖよりも外側に突出する必要はなく、下枠２１ｖの要所に対して外側に突出するものであってもよい。

【0040】

図７に戻って、遮光部材１７は、第２レンズ２１ｑ又は投射レンズ２１の出射面２１ｄから出射される映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１に垂直な状態ではなく傾斜して支持されている。つまり、投射レンズ２１の出射面２１ｄから出射される映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１に垂直な平面Ｐｖに対して、遮光部材１７は、角度θだけ傾斜している。このように、遮光部材１７を光軸部分ＡＸ１に垂直な平面Ｐｖに対して傾斜させることにより、映像光ＭＬに対する遮光部材１７の姿勢を適切にすることができ、遮光部材１７と第２レンズ２１ｑとの隙間を利用した遮光部材１７の配置を無理のないものとすることができ、遮光部材１７を支持する構造を簡易化することができる。

【0041】

図１０は、遮光部材１７の配置の変形例を示しており、遮光部材１７は、第２レンズ２１ｑ又は投射レンズ２１の出射面２１ｄから出射される映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１に対して垂直に支持されている。この場合も、投射レンズ２１の出射面２１ｄの一部が、遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出している。

【0042】

なお、遮光部材１７は、第２レンズ２１ｑに固定されるものに限らず、プリズムミラー２２に固定されるものであってもよい。また、以上の説明では、第２レンズ２１ｑに一対の爪２１ｙを設け、プリズムミラー２２に一対の切欠き２２ｗを設けて、第２レンズ２１ｑをプリズムミラー２２に固定しているが、プリズムミラー２２に一対の爪状の突起を設けるとともに第２レンズ２１ｑに一対の切欠きを設けて上記一対の爪状の突起を受ける嵌合構造とすることができ、この場合にも、第２レンズ２１ｑをプリズムミラー２２に対して位置決めしつつ固定することができる。

【0043】

遮光部材１７の配置は、投射レンズ２１の出射面２１ｄの一部が遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出するようなものに限らず、投射レンズ２１の出射面２１ｄの全体が遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出するようなものであってもよく、投射レンズ２１の出射面２１ｄの全体が遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出しないようなものであってもよい。さらに、光学設計によっては、投射レンズ２１の出射面２１ｄが凸面となる場合もあり、このような場合、投射レンズ２１の出射面２１ｄの少なくとも一部が遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出するようなものであってもよい。

【0044】

以上で説明した第１実施形態の画像表示装置２００又はＨＭＤ２０１の光学モジュール１００は、第１映像素子１１ａと、第１映像素子１１ａから入射した映像光ＭＬを出射面２１ｄから出射させる第１光学部材である投射レンズ２１と、投射レンズ２１からの映像光ＭＬを入射面２２ａから入射させる第２光学部材であるプリズムミラー２２と、プリズムミラー２２からの映像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて反射する第１コンバイナー１０３ａと、プリズムミラー２２の入射面２２ａ及び投射レンズ２１の出射面２１ｄのうち少なくとも一方の周囲に支持される遮光部材１７とを備え、プリズムミラー２２の入射面２２ａに入射する映像光ＭＬの光軸ＡＸに垂直な方向から見て、プリズムミラー２２の入射面２２ａの少なくとも一部は、遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出している。このように、プリズムミラー（第２光学部材）２２の入射面２２ａの少なくとも一部が遮光部材１７から投射レンズ（第１光学部材）２１の出射面２１ｄに向けて突出していることにより、遮光部材１７をプリズムミラー２２に近づけることができ、投射レンズ２１とプリズムミラー２２との距離が長くなることによって発生する迷光を低減することができる。

【0045】

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係るＨＭＤ又は光学モジュールについて説明する。なお、第２実施形態のＨＭＤ等は、第１実施形態のＨＭＤ等を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。

【0046】

図１１は、第２実施形態のＨＭＤ２０１又は光学モジュール１００において、投射レンズ２１と第２レンズ２１ｑとの間に配置される遮光部材１７の形状を説明する断面図である。この場合、遮光部材１７は、曲面ＣＳに沿った形状を有し、遮光部材１７の開口１７ａを囲む縁部分１７ｏは、湾曲した曲面形状を有している。つまり、遮光部材１７は、第１仮想平面ＶＰ１（図６参照）に垂直なＸ方向から見て曲率を有し、第１仮想平面ＶＰ１に平行で光軸部分ＡＸ１に垂直な方向（近似的にはＹ方向）から見ても曲率を有する。曲面ＣＳは、球面であってもよいが、楕円面、トロイダル面等であってもよい。この場合も、映像光ＭＬの光軸部分ＡＸ１に垂直なＸ方向から見て、投射レンズ２１の出射面２１ｄが、遮光部材１７から投射レンズ２１の出射面２１ｄに向けて突出ている。つまり、投射レンズ２１の出射面２１ｄは、遮光部材１７の縁部分１７ｏの上辺１７ｉと下辺１７ｊとをつなぐ線分ＳＬを超えて投射レンズ２１の出射面２１ｄ側に延びている。なお、図示を省略するが、投射レンズ２１の出射面２１ｄは、遮光部材１７の一対の側辺をつなぐ線分を超えて投射レンズ２１の出射面２１ｄ側に延びるものであるが、かかる線分を超えないものであってもよい。結像光学系２０が軸外し光学系ＯＳであることに起因して、遮光部材１７の開口１７ａを通過する光束は、断面が非対称でその非対称性も光軸ＡＸに沿って変化する。よって、遮光部材１７の縁部分１７ｏを湾曲させることで、より無駄のない適切な遮光が可能になる。湾曲した遮光部材１７は、例えば板金加工によって簡易に作製することができる。

【0047】

〔変形例その他〕
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において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0048】

第１表示装置１００ａに組み込む結像光学系２０は、図示のものに限らず、様々な構成とすることができる。具体的には、上記結像光学系２０は、Ｙ方向又は縦方向に非対称性を持たせた軸外し光学系ＯＳであるとしたが、Ｘ方向又は横方向に非対称性を持たせた軸外し光学系とすることもできる。結像光学系２０を構成する光学要素についても、図４に示すものは単なる例示であり、レンズの枚数を増減させる、ミラーを追記する、導光部材を追加するといった変更が可能である。

【0049】

コンバイナー１０３ａ，１０３ｂの外界側には、コンバイナー１０３ａ，１０３ｂの透過光を制限することで調光を行う調光デバイスを取り付けることができる。調光デバイスは、例えば電動で透過率を調整する。調光デバイスとして、ミラー液晶、電子シェード等を用いることができる。調光デバイスは、外光照度に応じて透過率を調整するものであってもよい。

【0050】

コンバイナー１０３ａ，１０３ｂは、遮光性を有するミラーに置き換えることもできる。この場合、外界像の直接観察を前提としない非シースルー形の光学系となる。

【0051】

具体的な態様における第１の光学モジュールは、映像光を出射する映像素子と、映像素子から出射された映像光を出射面から出射させる第１光学部材と、第１光学部材から出射された映像光を、入射面から入射させ、内反射面で反射させ、出射面から出射させる第２光学部材と、第２光学部材から出射された映像光を瞳位置に向けて反射するコンバイナーと、第２光学部材の入射面及び第１光学部材の出射面のうち少なくとも一方の光学部材に支持される遮光部材とを備え、第２光学部材の入射面に入射する映像光の光軸と第２光学部材の出射面から出射される映像光の光軸とを含む仮想平面の法線と平行な方向から見て、第２光学部材の入射面の一部は、遮光部材から第１光学部材の出射面に向けて突出している。

【0052】

上記光学モジュールでは、第２光学部材の入射面の少なくとも一部が遮光部材から第１光学部材の出射面に向けて突出しているので、遮光部材を第２光学部材に近づけることができ、第１光学部材と第２光学部材との距離が長くなることによって発生する迷光を低減することができる。

【0053】

具体的な側面において、第２光学部材の入射面に入射する映像光の光軸と平行な方向から見て、遮光部材は、一方の光学部材に設けられた第１光学部材と第２光学部材とを位置決めする一対の嵌合部材の間に配置される。

【0054】

具体的な態様における第２の光学モジュールは、映像光を出射する映像素子と、映像素子から出射された映像光を出射面から出射させる第１光学部材と、第１光学部材から出射された映像光を、入射面から入射させ、内反射面で反射させ、出射面から出射させる第２光学部材と、第２光学部材から出射された映像光を瞳位置に向けて反射するコンバイナーと、第２光学部材の入射面及び第１光学部材の出射面のうち少なくとも一方の光学部材に支持される遮光部材とを備え、第２光学部材の入射面に入射する映像光の光軸と平行な方向から見て、遮光部材は、一方の光学部材に設けられた第１光学部材と第２光学部材とを位置決めする一対の嵌合部材の間に配置される。

【0055】

上記光学モジュールでは、遮光部材が第１光学部材と第２光学部材とを位置決めする一対の嵌合部材の間に配置されて位置決めされるので、遮光部材を第１光学部材又は第２光学部材に近づけることができ、第１光学部材と第２光学部材との距離が長くなることによって発生する迷光を低減することができる。

【0056】

具体的な側面において、遮光部材に設けられた開口は、一対の辺を有し、一方辺は、他方の辺よりも短い。この場合、光軸に垂直な特定方向、具体的には一対の辺と直交する方向において、光束断面が非対称性を有していても、効率的な遮光が可能になる。

【0057】

具体的な側面において、遮光部材は、第１光学部材の出射面から出射される映像光の光軸に対して、垂直である。

【0058】

具体的な側面において、遮光部材は、第１光学部材の出射面から出射される映像光の光軸に対して、垂直な状態に対して傾斜している。この場合、光軸に垂直な特定方向に関して光束断面が非対称性を有していても、この特定方向に遮光部材の傾斜の生じさせる方向を合わせることで、効率的な遮光が可能になる。

【0059】

具体的な側面において、第２光学部材の入射面に入射する映像光の光軸と第２光学部材の出射面から出射される映像光の光軸とを含む仮想平面の法線と平行な方向から見て、遮光部材は曲率を有する。この場合、光軸に垂直で直交する２方向に関して遮光部材の光軸に沿った適正な配置が異なる場合に対処することができる。

【0060】

具体的な側面において、遮光部材の厚みは、２０μｍ以上３００μｍ以下である。

【0061】

具体的な側面において、第２光学部材の入射面に入射する映像光の光軸と第２光学部材の出射面から出射する映像光の光軸とを含む平面の法線に平行な方向から見て、遮光部材は、第１光学部材の出射面の枠よりも外側に突出している。この場合、第１光学部材の出射面から出射する映像光が第２光学部材の入射面の外側から第２光学部材内に入射して迷光となることを回避することができる。

【0062】

具体的な態様における頭部装着型表示装置は、上述した光学モジュールと、映像素子に表示動作を行わせる制御装置とを備える。

【符号の説明】

【0063】

１１ａ，１１ｂ…映像素子、１１ｄ…表示面、１７…遮光部材、１７ａ…開口、１７ｅ…外縁、１７ｉ…上辺、１７ｊ…下辺、１７ｋ…斜辺、１７ｍ…側辺部、１７ｏ…縁部分、１７ｔ…切欠き、１７ｙ…下端部、２０…結像光学系、２１…投射レンズ（第１光学部材）、２１ａ，２１ｃ…入射面、２１ｂ，２１ｄ…出射面、２１ｆ…フランジ部、２１ｇ…内側面、２１ｈ，２１ｉ…基準面、２１ｊ，２１ｋ…基準面、２１ｒ…突起、２１ｕ…上面、２１ｖ…下枠、２１ｘ…頂点、２１ｙ…爪、２１ｚ…外側面、２２…プリズムミラー（第２光学部材）、２２ａ…入射面、２２ｂ…内反射面、２２ｃ…出射面、２２ｆ…フランジ部、２２ｊ…接続面、２２ｗ…切欠き、２３…シースルーミラー、２３ａ…反射面、２３ｂ…板状体、２３ｃ…ミラー膜、２３ｏ…外側面、２８…楔型光学素子、３０…光学ブロック、３１…バレル、５４ａ，５４ｂ…制限面、５５ａ，５５ｂ…位置決め面、５５ｃ，５５ｄ…位置決め面、６１…支持板、６１ａ，６１ｂ…フレーム、７１ｏ…開口、７８…固定部材、１００…光学モジュール、１００ａ，１００ｂ…表示装置、１０３ａ，１０３ｂ…コンバイナー、２００…画像表示装置、ＡＸ…光軸、ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３…光軸部分、ＥＹ…眼、ＭＬ…映像光、ＯＬ…外界光、ＯＳ…軸外し光学系、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…光路、ＰＰ…瞳位置、ＵＳ…装着者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】