JP2011180415A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学系に瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズを備える構成において、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの鏡筒に対する組付けを容易にし、また、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置調整を容易にし、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの鏡筒に対する位置決め精度を向上させる。
【解決手段】接眼レンズ40は、その光軸方向視で円形の外形を有し、鏡筒60は、接眼レンズ40の外周面41に接触した状態で接眼レンズ40をその光軸を中心として回動可能に保持する内周面61を有し、瞳拡大素子ユニット50は、接眼レンズ40と一体的に構成され、内周面61に保持された状態の接眼レンズ40の回動をともなって接眼レンズ40の光軸を中心とする回転方向の位置が調整可能に構成される。
【選択図】図11
【解決手段】接眼レンズ40は、その光軸方向視で円形の外形を有し、鏡筒60は、接眼レンズ40の外周面41に接触した状態で接眼レンズ40をその光軸を中心として回動可能に保持する内周面61を有し、瞳拡大素子ユニット50は、接眼レンズ40と一体的に構成され、内周面61に保持された状態の接眼レンズ40の回動をともなって接眼レンズ40の光軸を中心とする回転方向の位置が調整可能に構成される。
【選択図】図11
Description
本発明は、網膜走査型の画像表示装置に関する。
網膜走査型の画像表示装置としての網膜走査ディスプレイ(Retinal Scanning Display、以下「RSD」という。)は、走査した光束を観察者の眼に入射させて網膜上に投影することにより、観察者に画像を認識させる。RSDの光学系においては、観察者の網膜上に形成される最終像面と光学的に共役な関係を有する中間像面が形成される。つまり、RSDの光学系において中間像面を形成する光束は、接眼レンズ等を介して観察者の眼に入射し、網膜上にて最終像面を形成する。
RSDには、その光学系において中間像面を形成する位置に、瞳拡大素子ユニットを備えるものがある。瞳拡大素子ユニットは、光束を分割又は拡散することで、接眼レンズにより形成される光学瞳の実効径を拡大する。瞳拡大素子ユニットは、回折格子等により構成される瞳拡大素子と、走査された光束によって形成される像の周囲を囲んで遮光する枠状のマスクとが一体的に構成されたものである。
従来、RSDの光学系が備える瞳拡大素子ユニットと接眼レンズとは、これらを収納する部材である鏡筒に個々に組み付けられている。このため、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズは、鏡筒に対して個別に位置決めされる。また、接眼レンズは、一般的に光軸方向視で円形であるのに対し、回折格子等により構成される瞳拡大素子を有する瞳拡大素子ユニットは、素子の方向性の認識を容易とする等の理由から、一般的に光軸方向視で矩形状に構成される。
これらのことから、RSDの光学系を構成する瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズについては、鏡筒に対する組付けが難しく、十分な位置決め精度を得ることが困難である。RSDの光学系においては、瞳拡大素子ユニットの中心に画像が表示されるため、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの位置決め精度が低いと、瞳拡大素子やマスクの中心の位置と接眼レンズの光軸に位置ずれが生じ、画像の特性が劣化する。
しかも、鏡筒に瞳拡大素子ユニットを取り付けたときに、瞳拡大素子ユニットが光軸を中心として回転方向にずれていた(傾いていた)場合、特に表示画像(走査方向)に対し回転方向にずれていた場合など、瞳拡大素子ユニットの外形が矩形状であるために、その調整が難しい。瞳拡大素子ユニットと一体的なマスクにより表示画面に形成される遮光部分は、観察者が画像の水平方向及び垂直方向を認識する際の比較対象となため、こうした瞳拡大素子ユニットのずれは、画像が傾いているという錯覚を観察者に与えることになる。また、瞳拡大素子が、表示画像(走査方向)に対し光軸中心に傾いていると、所望の回折特性が得られず画像の特性が劣化する場合もある。
特許文献1には、回折格子の光軸調整を行うための技術が開示されている。特許文献1に記載の技術では、回折格子を保持するホルダと、このホルダを保持しながらレンズ等を収納する鏡筒とが、球面として形成される受面を介して相対回転可能に設けられる。特許文献1の技術により、上述したようなRSDの光学系を構成する瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの位置決め精度の向上等を図ることができるとも考えられる。
しかしながら、特許文献1の技術では、回折格子を保持するホルダが、レンズ等を収納する鏡筒とは別の部材により構成される。このため、特許文献1の技術がRSDに採用される場合、瞳拡大素子ユニットを保持する部材と、接眼レンズを保持する部材とが別部材となる。このため、特許文献1の技術は、光学系の構造の複雑化を招き、小型化が要請されるRSDには不向きである。一方で、瞳拡大素子ユニットと接眼レンズとを一つの鏡筒に収納する構成においては、上述したような問題がある。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、光学系に瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズを備える構成において、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの鏡筒に対する組付けを容易にすることができ、また、瞳拡大素子ユニットの回転方向の位置調整が容易であり、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの鏡筒に対する位置決め精度を向上させることができる画像表示装置を提供する。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の画像表示装置は、画像信号に応じた強度の光束を出射する光源部と、前記光源部から出射された光束を2次元走査する走査部と、前記走査部で走査された光束を観察者の眼に入射させる接眼レンズと、前記走査部と前記接眼レンズとの間に形成される像面位置に配置されており、前記光束を分岐させて前記接眼レンズにより形成される光学瞳の実効径を拡大する瞳拡大素子と、前記走査部によって走査された光束によって形成される像の周囲を囲んで遮光するマスクとが一体的に構成された瞳拡大素子ユニットと、前記接眼レンズ及び前記瞳拡大素子ユニットを収納する鏡筒と、を備え、前記接眼レンズは、該接眼レンズの光軸方向視で円形の外形を有し、前記鏡筒は、前記接眼レンズの外周面に接触した状態で前記接眼レンズを該接眼レンズの光軸を中心として回動可能に保持する内周面を有し、前記瞳拡大素子ユニットは、前記接眼レンズと一体的に構成され、前記内周面に保持された状態の前記接眼レンズの回動をともなって前記接眼レンズの光軸を中心とする回転方向の位置が調整可能に構成されるものである。
また、請求項2に記載の画像表示装置は、請求項1に記載の画像表示装置において、前記接眼レンズ及び前記瞳拡大素子ユニットを回動させる作用を受ける回動調整部を、前記瞳拡大素子に設けたものである。
また、請求項3に記載の画像表示装置は、請求項1又は請求項2に記載の画像表示装置において、前記瞳拡大素子ユニットは、前記接眼レンズの光軸が前記マスクの囲繞形状の中心位置に一致するように、前記接眼レンズを係止する係止部を有するものである。
また、請求項4に記載の画像表示装置は、請求項3に記載の画像表示装置において、前記瞳拡大素子は、前記接眼レンズの光軸方向視で、矩形状に構成され、前記係止部は、前記瞳拡大素子の四隅に設けられ、前記接眼レンズは、前記係止部により前記瞳拡大素子に係止された状態で、前記接眼レンズの光軸方向視で、その外周面を形成する部分を、前記瞳拡大素子の四辺から突出させるものである。
また、請求項5に記載の画像表示装置は、請求項4に記載の画像表示装置において、前記接眼レンズは、前記瞳拡大素子の四辺から突出させた部分の、前記瞳拡大素子側の面を、前記鏡筒に対する光軸方向の当接面とし、前記鏡筒に対して光軸方向について位置決めされるものである。
また、請求項6に記載の画像表示装置は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示装置において、前記接眼レンズは、該接眼レンズの光軸方向視で円形状となる凹部を形成するレンズ面を有し、前記瞳拡大素子により、前記凹部が密閉されるものである。
本発明によれば、光学系に瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズを備える構成において、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの鏡筒に対する組付けを容易にすることができ、また、瞳拡大素子ユニットの回転方向の位置調整が容易であり、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズの鏡筒に対する位置決め精度を向上させることができる。
本発明は、RSDの光学系に設けられる瞳拡大素子ユニットと接眼レンズとを一体的に構成するとともに、接眼レンズの外形を鏡筒に対する位置決めに用いることで、瞳拡大素子ユニット及び接眼レンズについて、組付けを容易とし、位置決め精度を向上させようとするものである。以下、本発明の実施の形態について説明する。
[RSDの構成]
まず、本実施形態に係る画像表示装置としてのRSD1の構成について、図1を用いて説明する。本実施形態に係るRSD1は、投影対象を観察者の眼の網膜とし、走査した光束であるレーザ光を瞳孔から入射させて網膜上に投影することにより、観察者に画像を視認させる。つまり、RSD1は、微弱な光を高速で走査しながら観察者の網膜に照射することで、網膜上に走査された光の残像を映像として観察者に認識させる網膜走査型の画像表示装置である。
まず、本実施形態に係る画像表示装置としてのRSD1の構成について、図1を用いて説明する。本実施形態に係るRSD1は、投影対象を観察者の眼の網膜とし、走査した光束であるレーザ光を瞳孔から入射させて網膜上に投影することにより、観察者に画像を視認させる。つまり、RSD1は、微弱な光を高速で走査しながら観察者の網膜に照射することで、網膜上に走査された光の残像を映像として観察者に認識させる網膜走査型の画像表示装置である。
図1に示すように、RSD1は、コントロールユニット2と、投影ユニット3とを備える。コントロールユニット2は、画像信号に応じた強度のレーザ光を画像光として出射する。コントロールユニット2から出射された画像光は、光ファイバケーブル4により、投影ユニット3に伝送される。
コントロールユニット2は、記憶部を内蔵し、この記憶部に記憶されたコンテンツ情報等に基づいて画像信号を形成する。コントロールユニット2は、形成した画像信号に応じた強度のレーザ光を画像光として光ファイバケーブル4へ出射する。
投影ユニット3は、光ファイバケーブル4により伝送されてきた画像光を、観察者が表示画像として認識可能とするために走査する。投影ユニット3は、コントロールユニット2においてR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の色毎に強度変調された画像光を、2次元方向に走査し、観察者の眼10に入射させる。
RSD1の電気的構成及び光学的構成について具体的に説明する。コントロールユニット2は、駆動制御部5と、光源部6とを有する。駆動制御部5は、制御部7と、駆動信号供給回路8とを含む。
制御部7は、RSD1の各部を統括的に制御する。制御部7は、あらかじめ記憶されている制御プログラムにしたがって所定の処理を実行することにより、RSD1を制御する。制御部7は、データ通信用のバスにより接続されるCPU、フラッシュメモリ、RAM、VRAM、複数の入出力インターフェース等の各種機能部分を有し、バスを介して各種情報の送受信を行う。
制御部7は、入出力端子等を介して外部接続された図示しない機器類から供給される画像データや、あらかじめ記憶されたコンテンツ情報に基づく画像データ等の各種画像データの入力を受ける。制御部7は、入力された画像データに基づいて、画像信号Sを生成する。制御部7により生成された画像信号Sは、駆動信号供給回路8に送られる。
駆動信号供給回路8は、画像信号Sに応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部として機能する。駆動信号供給回路8は、画像信号Sに基づいて、表示画像を形成するための要素となる各信号を画素単位で生成する。
光源部6は、駆動信号供給回路8により生成された駆動信号に応じた強度の光束としてのレーザ光を出力する。光源部6は、赤色レーザ光を生成して出射する赤色レーザ部11と、緑色レーザ光を生成して出射する緑色レーザ部12と、青色レーザ光を生成して出射する青色レーザ部13とを有する。
各色のレーザ部11,12,13は、各色のレーザ光を発生させるレーザと、このレーザを駆動させるためのレーザドライバとを含む。各色のレーザ部11,12,13を構成するレーザは、例えば、半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザである。各色のレーザ部11,12,13のレーザドライバは、駆動信号供給回路8から入力される駆動信号に基づき、それぞれ対応するレーザに駆動電流を供給する。そして、各色のレーザ部11,12,13のレーザは、レーザドライバからレーザに供給する駆動電流に応じて強度変調されたレーザ光を出射する。
したがって、赤色レーザ部11は、駆動信号供給回路8からの駆動信号14Rに基づき、レーザドライバによってレーザを駆動させ、赤色のレーザ光を出射する。また、緑色レーザ部12は、駆動信号供給回路8からの駆動信号14Gに基づき、レーザドライバによってレーザを駆動させ、緑色のレーザ光を出射する。また、青色レーザ部13は、駆動信号供給回路8からの駆動信号14Bに基づき、レーザドライバによってレーザを駆動させ、青色のレーザ光を出射する。なお、各色のレーザ部11,12,13を構成するレーザが半導体レーザである場合は、駆動電流を直接変調してレーザ光の強度変調を行うことができるが、レーザが固体レーザである場合は、各レーザそれぞれに外部変調器を備えてレーザ光の強度変調を行う必要がある。
光源部6は、各色のレーザ部11,12,13により出射したレーザ光を、合波してから、光ファイバケーブル4に出射する。このため、光源部6は、コリメート光学系16,17,18と、ダイクロイックミラー19,20,21と、結合光学系22とを有する。
各色のレーザ部11,12,13から出射した各色のレーザ光は、それぞれコリメート光学系16,17,18によって平行光化された後、それぞれ対応するダイクロイックミラー19,20,21に入射する。各ダイクロイックミラー19,20,21に入射する赤色,緑色,青色の3色のレーザ光は、3個のダイクロイックミラー19,20,21により、波長に関して選択的に反射・透過させられて結合光学系22に達し、合波されて集光される。結合光学系22により集光されたレーザ光は、光ファイバケーブル4に入射する。
このように、光源部6から光ファイバケーブル4に入射するレーザ光は、強度変調された各色のレーザ光が合波されたものである。なお、各色のレーザ部11,12,13からのレーザ光を光源部6からの出射光として出射させるための光学系の構成は、各色のレーザ部11,12,13から出射される各色のレーザ光が波長に関して選択的に反射・透過させられる構成であれば限定されるものではない。以上のように、光源部6は、制御部7から入力される画像信号Sに応じた強度のレーザ光を出射する。
投影ユニット3は、RSD1において光源部6と観察者の眼10との間に位置する。投影ユニット3は、コリメート光学系31と、水平走査部32と、第1リレー光学系33と、垂直走査部34と、第2リレー光学系35とを有する。
コリメート光学系31は、光源部6で生成され光ファイバケーブル4から出射されるレーザ光を平行光化する。水平走査部32は、コリメート光学系31で平行光化されたレーザ光を画像表示のために水平方向に往復走査する。第1リレー光学系33は、水平走査部32と垂直走査部34との間に設けられ、水平走査部32と垂直走査部34との間でレーザ光を中継する。
垂直走査部34は、水平走査部32で水平方向に走査されたレーザ光を垂直方向に走査する。第2リレー光学系35は、水平走査部32及び垂直走査部34によって水平方向と垂直方向に走査されたレーザ光を、投影ユニット3から外部へと出射させるためのものである。
水平走査部32及び垂直走査部34、ならびに第1リレー光学系33は、光ファイバケーブル4から出射したレーザ光を、画像として観察者の網膜10bに投影可能な状態とするために、水平方向と垂直方向に走査して走査光束とするための光走査装置及び光学系である。つまり、本実施形態では、水平走査部32及び垂直走査部34を含む構成が、光源部6から出射されたレーザ光を2次元走査する走査部として機能する。以下の説明では、水平走査部32及び垂直走査部34を含む構成を総称して「走査部」という。
水平走査部32は、共振型の偏向素子32aと、水平走査駆動回路32bとを備える。偏向素子32aは、レーザ光を水平方向に走査するため偏向面を有する。水平走査駆動回路32bは、偏向素子32aを共振させて偏向素子32aの偏向面(反射面)を揺動させる駆動信号を生成する。水平走査駆動回路32bは、偏向素子32aに対する駆動信号を、駆動信号供給回路8から入力される水平駆動信号36に基づいて生成する。
一方、垂直走査部34は、非共振型の偏向素子34aと、垂直走査駆動回路34bとを備える。偏向素子34aは、レーザ光を垂直方向に走査するため偏向面(反射面)を有する。垂直走査駆動回路34bは、偏向素子34aの偏向面を非共振状態で揺動させる駆動信号を生成する。垂直走査駆動回路34bは、偏向素子34aに対する駆動信号を、駆動信号供給回路8から入力される垂直駆動信号37に基づいて生成する。
垂直走査部34は、表示すべき画像の1フレーム毎に、画像を形成するためのレーザ光を最初の水平走査線から最後の水平走査線に向かって垂直に走査する。これにより、2次元走査された画像が形成される。ここで「水平走査線」とは、水平走査部32による水平方向への1走査を意味する。
第1リレー光学系33は、水平走査部32が有する偏向素子32aの偏向面によって水平方向に走査されたレーザ光を、垂直走査部34が有する偏向素子34aの偏向面に収束させる。そして、偏向素子34aの偏向面に収束したレーザ光が、偏向素子34aの偏向面によって垂直方向に走査され、画像光Lxを形成する。
第2リレー光学系35は、正の屈折力を持つ2つのレンズとして、直列配置される補正レンズ38と接眼レンズ40とを有する。画像光Lxとしてのレーザ光は、第2リレー光学系35を介した後、RSD1が備えるハーフミラー15により反射させられて、観察者の瞳孔10aに入射する。画像光Lxが瞳孔10aに入射することにより、網膜10b上に、画像信号Sに応じた表示画像が投影される。このようにして、観察者は、画像光Lxを表示画像として認識する。
また、ハーフミラー15は、外光Lyを透過させて観察者の眼10に入射させる。これにより、観察者は、外光Lyにより認識される背景に、画像光Lxによる画像を重ねて視認することができる。このように、本実施形態のRSD1は、投影ユニット3から出射される画像光Lxを観察者の眼10に走査しつつ投射するとともに、外光Lyを透過させるシースルー型である。ただし、RSD1はシースルー型である必要はない。
第2リレー光学系35の光の入射側に位置する補正レンズ38は、画像光により表示される画像の曲面補正を行うためのレンズである。接眼レンズ40は、走査部で走査されたレーザ光である画像光Lxを観察者の眼10に入射させる。このように、接眼レンズ40は、観察者の網膜10b上に画像信号Sに応じた画像を投影する接眼光学系として機能する。
第2リレー光学系35においては、補正レンズ38と接眼レンズ40との間に、中間像面が形成される。中間像面は、観察者の網膜10b上に形成される最終像面と光学的に共役な関係を有する。つまり、RSD1の光学系において中間像面を形成するレーザ光は、接眼レンズ40を介して観察者の眼10に入射し、網膜10b上にて最終像面を形成する。
そして、RSD1は、補正レンズ38と接眼レンズ40との間の中間像面が形成される位置に、瞳拡大素子ユニット50を備える。瞳拡大素子ユニット50は、レーザ光を分割又は拡散することで、接眼レンズ40により形成される光学瞳の実効径を拡大する。このように、本実施形態では、第2リレー光学系35及び瞳拡大素子ユニット50を含む構成が、走査部によって走査されたレーザ光を観察者の眼10の網膜10bへ投射して、画像を投影する投射部として機能する。
また、RSD1は、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を収納する鏡筒60を備える。鏡筒60は、略筒状の部材であり、第2リレー光学系35において、垂直走査部34から出射されるレーザ光が瞳拡大素子ユニット50及び接眼レンズ40に入射するように、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を保持する。
以上のような構成を備えるRSD1は、例えば、投影ユニット3を含む構成を支持する眼鏡型のフレームを備えることで、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを構成する。
図2及び図3を用いて、瞳拡大素子ユニット50について説明する。瞳拡大素子ユニット50は、RSD1において、走査部と接眼レンズ40との間に形成される像面位置に配置される(図1参照)。つまり、ここでいう像面位置とは、第2リレー光学系35において中間像面が形成される位置である。
図2及び図3に示すように、瞳拡大素子ユニット50は、瞳拡大素子51と、マスク52とが一体的に構成されたものである。瞳拡大素子51は、入射するレーザ光を分岐させて接眼レンズ40により形成される光学瞳の実効径を拡大する。
瞳拡大素子51は、略矩形板状の外形を有するケーシング53と、ケーシング53によって保持される回折格子54とを有する。回折格子54は、矩形板状の外形を有し、略矩形板のケーシング53に対して四辺の方向が沿うように設けられる。このように、瞳拡大素子51は、回折格子54を内装するケーシング53によって全体として略矩形板状に構成される。
マスク52は、走査部によって走査されたレーザ光によって形成される像の周囲を囲んで遮光する。マスク52は、瞳拡大素子51の外形に対応して、矩形の枠状に形成される薄板状の遮光部材である。つまり、マスク52は、矩形の囲繞形状を有する。
マスク52は、瞳拡大素子51に対して、一方の板面側に貼り付けられた状態で固定される。マスク52が瞳拡大素子51に貼り付けられた状態において、枠状のマスク52の開口部52aにより、瞳拡大素子ユニット50におけるレーザ光の透過部分が確保される。
マスク52は、RSD1の表示画面において、画像の周囲を囲む画像枠を形成する。具体的には、マスク52は、図4に示すように、観察者によって認識される表示画面70において、画像71の周囲を囲む画像枠72を形成する。ここで、画像71は、走査部によって走査されたレーザ光によって形成される像であり、上述のとおり第2リレー光学系35において形成される中間像面に対応する。マスク52によって表示画面70に画像枠72が形成されることで、表示画面70における他の余分な光が遮光され、画面のシャープさが得られる。
また、表示画面70においては、画像71と画像枠72との間に、画像枠72よりも明度が高い隙間領域73が形成される。隙間領域73は、矩形状の画像71の4辺のそれぞれにおける画像枠72との間に存在し、画像71の周囲を囲む矩形枠状の形状をなす。隙間領域73は、表示画面70において垂直走査部34から出射されるレーザ光の迷光等の入射によって形成される白色の部分である。
このように表示画面70に隙間領域73が存在することで、鏡筒60内において瞳拡大素子ユニット50が傾くことにともなう画像枠72の画像71に対する傾きが、観察者によって認識されやすくなる。画像71に対する画像枠72の傾きは、画像71が傾いているという錯覚を観察者に与える。
具体的には、瞳拡大素子ユニット50と一体的なマスク52により形成される遮光部分である画像枠72は、観察者が画像71の水平方向及び垂直方向を認識する際の比較対象となる。また、瞳拡大素子ユニット50と一体的なマスク52は、観察者の眼の近傍に位置する。これらのことから、図4において二点鎖線で示すように、瞳拡大素子ユニット50の傾きにともなってマスク52により形成される画像枠72が傾くと、観察者は画像71が傾いたように感じる。
したがって、RSD1においては、表示画面70における画像枠72の傾きを防止するため、接眼レンズ40とともに鏡筒60に収納される瞳拡大素子ユニット50について、接眼レンズ40の光軸に垂直な面内における角度(傾き)の調整を行うことが必要となる。以下では、本実施形態のRSD1が備える、瞳拡大素子ユニット50の角度(傾き)の調整を行うための構成について説明する。
本実施形態のRSD1においては、瞳拡大素子ユニット50が、接眼レンズ40と一体的に構成され、鏡筒60に収納される。接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とは、接眼レンズ40の光軸と瞳拡大素子ユニット50の中心とが一致するように対向した状態で一体的に構成される。ここで、瞳拡大素子ユニット50の中心とは、瞳拡大素子ユニット50が有するマスク52の囲繞形状の中心(図2、点C参照)である。一体的に構成された状態の接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とは、接眼レンズ40の光軸回りに相対回転不能とされる。
接眼レンズ40について、図5を用いて説明する。図5に示すように、接眼レンズ40は、全体として略円柱状の外形を有し、接眼レンズ40の光軸方向視で円形の外形を有する。接眼レンズ40は、円柱面に沿う外周面41を有する。外周面41の軸心線は、接眼レンズ40の光軸に一致する。
また、接眼レンズ40は、接眼レンズ40の光軸方向視で円形状となる凹部42を形成するレンズ面43を有する。凹部42は、接眼レンズ40の光軸方向視で、円形状の中心が外周面41と一致するように形成される。凹部42を形成するレンズ面43は、略凹球面として形成される。
また、接眼レンズ40においては、凹部42が形成される側の面において、凹部42の周囲に端面44が形成される。端面44は、凹部42を形成するレンズ面43に連続する面であり、凹部42の全周にわたって形成される円環状の平面部分である。端面44は、接眼レンズ40の光軸に対して垂直な平面に沿うように形成される。
このような各種形状部を有する接眼レンズ40が、瞳拡大素子ユニット50と一体的に構成される。具体的には、図6に示すように、接眼レンズ40は、瞳拡大素子ユニット50に対して、マスク52が設けられる側と反対側に設けられる。接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50との一体的な構成においては、瞳拡大素子ユニット50におけるマスク52が設けられる側が、レーザ光の入射側となる。
瞳拡大素子ユニット50は、接眼レンズ40を係止するため、係止部55を有する。係止部55は、接眼レンズ40の光軸がマスク52の囲繞形状の中心位置に一致するように、接眼レンズ40を係止する。
図7及び図8に示すように、係止部55は、瞳拡大素子ユニット50において、ケーシング53のマスク52と反対側の板面から略垂直方向に突出する突起部分である。係止部55は、接眼レンズ40の外周面41に沿う係止面55aを有する。係止面55aは、円筒状の内周面に沿う形状を有する。係止部55は、係止面55aを接眼レンズ40の外周面41に接触させた状態で、接眼レンズ40を係止する。
瞳拡大素子ユニット50は、複数の係止部55を有し、接眼レンズ40の周方向について複数の方向から外周面41に係止面55aを接触させた状態で、接眼レンズ40を係止する。接眼レンズ40は、係止部55により、瞳拡大素子ユニット50に対して、接眼レンズ40の光軸と垂直な平面方向について位置決めされる。そして、係止部55によって接眼レンズ40が瞳拡大素子ユニット50に対して位置決めされた状態においては、接眼レンズ40の光軸が、マスク52の囲繞形状の中心位置(図2、点C参照)に一致する。
本実施形態では、係止部55は、矩形状に構成される瞳拡大素子51において、瞳拡大素子51の四隅に設けられる。したがって、対角状に位置する一対の係止部55は、係止面55aを互いに略対向させる。つまり、本実施形態では、接眼レンズ40は、外周面41の周方向について略等間隔に位置する4個の係止部55の間に嵌り込んだ状態で、瞳拡大素子ユニット50に係止される。接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とは、例えば、接眼レンズ40の外周面41と係止部55の係止面55aとが接着剤等によって接着されることで互いに固定される。
また、本実施形態では、接眼レンズ40は、瞳拡大素子ユニット50と一体的に構成された状態において、周縁部が矩形状の瞳拡大素子51から突出するような外径寸法を有する。つまり、接眼レンズ40は、係止部55により瞳拡大素子51に係止された状態で、接眼レンズ40の光軸方向視で、その外周面41を形成する部分を、瞳拡大素子51の四辺から突出させる。
したがって、図9に示すように、接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とが一体的に構成された状態においては、接眼レンズ40の光軸方向視で、瞳拡大素子51から四方に向けて突出する接眼レンズ40の周縁部として、レンズ突出部45が存在する。
レンズ突出部45は、接眼レンズ40の光軸方向視で、瞳拡大素子51の矩形状の四辺を形成する側面56から突出する部分であり、接眼レンズ40の外周面41を形成する部分である。つまり、接眼レンズ40は、4箇所の係止部55によって瞳拡大素子ユニット50に係止された状態で、レンズ突出部45を4箇所に有する。
また、接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50との一体的な構成においては、瞳拡大素子51により、接眼レンズ40の凹部42が密閉される。具体的には、図10に示すように、接眼レンズ40は、その凹部42が瞳拡大素子ユニット50の対向面50aによって塞がれた状態で、瞳拡大素子ユニット50と一体的に構成される。
瞳拡大素子ユニット50の対向面50aは、瞳拡大素子ユニット50を構成する瞳拡大素子51により形成される面であり、接眼レンズ40が対向する側の面である。つまり、対向面50aは、瞳拡大素子ユニット50において接眼レンズ40を係止する係止部55が形成される側の面である。この対向面50aに接眼レンズ40の端面44が接触した状態で、接眼レンズ40が瞳拡大素子ユニット50に保持される。
そして、接眼レンズ40の凹部42の開口範囲が瞳拡大素子ユニット50の対向面50aの範囲内に収まるように、接眼レンズ40の端面44の内径の寸法(図10、寸法M参照)、及び瞳拡大素子ユニット50の対向面50aの大きさが設定される。これにより、接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とが一体的に構成された状態において、接眼レンズ40の凹部42の開口部全体が、接眼レンズ40の対向面50aによって覆われ、凹部42が密閉される。
以上のようにして一体的に構成される接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50が、図11に示すように、鏡筒60に収納される。接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50が鏡筒60に収納された状態においては、接眼レンズ40の光軸及び瞳拡大素子ユニット50の中心は、鏡筒60の中心軸であるZ軸上に位置する。
接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を収納する鏡筒60は、図11及び図12に示すように、接眼レンズ40を保持する内周面61を有する。鏡筒60の内周面61は、接眼レンズ40の外周面41に接触した状態で、接眼レンズ40を接眼レンズ40の光軸を中心として回動可能に保持する。
鏡筒60の内周面61は、接眼レンズ40の外周面41に対する摺動面となる。つまり、鏡筒60は、瞳拡大素子ユニット50とともに収納した接眼レンズ40の外周面41に内周面61を接触させた状態で、接眼レンズ40の光軸を中心とする接眼レンズ40の回動を許容する。言い換えると、鏡筒60の内周面61は、接眼レンズ40の外周面41に接触した状態で、接眼レンズ40の光軸に垂直なX−Y平面における鏡筒60に対する相対的な位置を変化させることなく、接眼レンズ40をその光軸を中心として回動可能に保持する(図11参照)。
したがって、接眼レンズ40を保持する鏡筒60の内周面61は、周方向について連続的な面である必要はなく、接眼レンズ40の外周面41に部分的に接触する複数の面であってもよい。このように、接眼レンズ40は、鏡筒60に収納された状態で、外周面41を鏡筒60の内周面61に対する摺動面として、Z軸回りに回動する(図11、矢印A参照)。
接眼レンズ40がZ軸回りに回転することにより、接眼レンズ40と一体的に構成される瞳拡大素子ユニット50も、Z軸回りに回動する。このため、瞳拡大素子ユニット50は、鏡筒60に収納された状態で、少なくとも所定の範囲でZ軸回りの回動が可能となるように、鏡筒60の内周を形成する面との間に隙間を有する。言い換えると、鏡筒60は、接眼レンズ40のZ軸回りの回動にともなう瞳拡大素子ユニット50の回動を許容する内周面形状を有する。
以上のように、一体的に構成される接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とが、鏡筒60内に一体的に回動可能に収納される。このような構成において、接眼レンズ40の外周面41を鏡筒60に対する摺動面として、瞳拡大素子ユニット50のZ軸回りの回転方向の位置が調整される。つまり、瞳拡大素子ユニット50は、接眼レンズ40の鏡筒60に対する相対回転により、鏡筒60に対するZ軸回りの回転方向の位置が調整される。ここで、瞳拡大素子ユニット50のZ軸回りの回転方向の位置は、Z軸に垂直な面であるX−Y平面内における瞳拡大素子ユニット50の角度(傾き)と言える。
瞳拡大素子ユニット50の鏡筒60に対するZ軸回りの回転方向の位置(以下「回転方向の位置」という。)の調整に際しては、接眼レンズ40の外周面41が、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50の一体的な構成の鏡筒60に対する位置決め面として機能する。このように、瞳拡大素子ユニット50は、内周面61に保持された状態の接眼レンズ40の回動をともなって、接眼レンズ40の光軸を中心とする回転方向の位置が調整可能に構成される。
図6等に示すように、瞳拡大素子ユニット50は、その回転方向の位置の調整のため、係止凹部57を有する。係止凹部57は、接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50との一体的な構成を回動させるための作用を受ける部分である。係止凹部57は、瞳拡大素子51においてケーシング53が有する一つの側面56に形成される。係止凹部57は、側面56の一部を開口させる切欠き部分である。
図11に示すように、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整には、回動操作具80が用いられる。回動操作具80は、瞳拡大素子ユニット50の係止凹部57に係止可能な棒状の部材である。回動操作具80が、鏡筒60内の瞳拡大素子ユニット50に対して、鏡筒60の外側から係止凹部57に挿入される。
回動操作具80は、組付け装置等の機械により、あるいは作業者の手動により操作される。回動操作具80が係止凹部57に挿入された状態で操作されることにより、瞳拡大素子ユニット50が、回転方向の位置の調整のための回動方向の作用を受ける。このため、鏡筒60は、鏡筒60の外部から鏡筒60内の瞳拡大素子ユニット50にアクセス可能な形状部分として、孔部62を有する(図11及び図12参照)。
孔部62は、鏡筒60に収納された状態の瞳拡大素子ユニット50の係止凹部57への回動操作具80の挿入を許容する。鏡筒60に形成される孔部62は、係止凹部57に係合した状態の回動操作具80の移動を、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整に必要な範囲で許容する大きさ・形状に形成される。
このように、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整は、瞳拡大素子ユニット50に形成される係止凹部57が用いられ、回動操作具80によって、瞳拡大素子ユニット50に回動するための作用を与えることで行われる。つまり、本実施形態では、瞳拡大素子ユニット50に形成される係止凹部57が、鏡筒60に収納された状態の接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を回動させる作用を受ける回動調整部として機能する。
したがって、係止凹部57は、瞳拡大素子ユニット50が鏡筒60に収納された状態で、孔部62を介して回動操作具80が係合することができるように、少なくとも側面56にて開口するように形成されればよい。なお、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整に際し、一体的に構成される接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を回動させるための構成は、特に限定されない。
瞳拡大素子ユニット50が有する回動調整部としては、例えば、図13に示すように、瞳拡大素子51の一つの側面56から突出する突起部58であってもよい。この場合、突起部58を挟持する挟持操作具81が操作されることで、瞳拡大素子ユニット50に対して、瞳拡大素子ユニット50をZ軸回りに回動させるための作用が与えられる(矢印B参照)。
図13に示す構成においては、突起部58が、鏡筒60から突出するように形成される場合、鏡筒60に、突起部58を鏡筒60の外部へ突出させるための開口部が形成される。また、挟持操作具81を鏡筒60の内部に挿入させる場合は、鏡筒60に、挟持操作具81を鏡筒60の内部へ挿入させるための開口部が形成される。このように突起部58又は挟持操作具81を貫通させる開口部は、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整に必要な範囲で瞳拡大素子ユニット50の回動を許容する大きさ・形状に形成される。
また、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整方法の他の例としては、図14に示すように、押圧操作具82を用いて瞳拡大素子ユニット50を押圧する方法であってもよい。この場合、鏡筒60に収納された状態の瞳拡大素子ユニット50が、押圧操作具82によって押圧されることで、Z軸回りに回動するための作用を受ける(矢印D参照)。図14に示すように、瞳拡大素子ユニット50は、押圧操作具82によって、例えば瞳拡大素子51の一つの側面56における両端部の位置が押圧される(矢印E参照)。
図14に示す方法においては、鏡筒60に、押圧操作具82を鏡筒60の内部へ挿入させるための開口部が形成される。このように押圧操作具82を貫通させる開口部は、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整に必要な範囲で瞳拡大素子ユニット50の回動を許容する大きさ・形状に形成される。
本実施形態のRSD1においては、鏡筒60に収納された状態の接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を回動させる作用を受ける回動調整部が、係止凹部57等として、瞳拡大素子ユニット50に設けられている。ただし、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整を行うための回動調整部は、接眼レンズ40に設けられてもよい。
以上のように、鏡筒60に収納された状態の瞳拡大素子ユニット50のZ軸回りの回転方向の位置が調整されることにより、表示画面70における画像71に対する画像枠72の傾きが防止される(図4参照)。
また、接眼レンズ40の鏡筒60に対するZ軸方向の位置決めに際しては、接眼レンズ40が瞳拡大素子ユニット50との関係において有するレンズ突出部45が用いられる。具体的には、接眼レンズ40の端面44のレンズ突出部45の部分が、鏡筒60に当接する位置決め面として用いられる。
このため、図11及び図12に示すように、鏡筒60の内周面部には、接眼レンズ40のレンズ突出部45の部分の端面44が当接する位置決め面63が形成される。位置決め面63は、接眼レンズ40の外周面41の摺動面である内周面61から、鏡筒60のZ軸方向に対して垂直な平面部として形成される。
位置決め面63は、鏡筒60内において、瞳拡大素子ユニット50が位置する部分に対して鏡筒60の内部を拡径させる段差面として形成される。そして、瞳拡大素子ユニット50からZ軸方向に垂直な平面方向に突出するレンズ突出部45の部分が、位置決め面63に当接することで、接眼レンズ40が鏡筒60に対してZ軸方向について位置決めされる。
このように、接眼レンズ40は、瞳拡大素子51の四辺から突出させた部分であるレンズ突出部45の、瞳拡大素子51側の面である端面44を、鏡筒60に対する光軸方向の当接面とし、鏡筒60に対して光軸方向について位置決めされる。つまり、鏡筒60内に収納される接眼レンズ40は、外周面41を鏡筒60の内周面61に接触させることで、X−Y平面方向について位置決めされ、レンズ突出部45の部分の端面44を鏡筒60の位置決め面63に当接させることで、Z軸方向について位置決めされる。
以上のように、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50からなる一体的な構成は、接眼レンズ40を介してX−Y平面方向及びZ軸方向について位置決めされた状態で、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置の調整が行われた後、鏡筒60に固定される。接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50からなる一体的な構成の鏡筒60に対する固定は、例えば、外周面41等の接眼レンズ40の鏡筒60に対する接触面が接着剤により鏡筒60に接着されること等により行われる。
以上説明したように、本実施形態に係るRSD1によれば、以下の効果が期待できる。
(1)本実施形態に係るRSD1は、画像信号Sに応じた強度のレーザ光を出射する光源部6と、光源部6から出射されたレーザ光を2次元走査する走査部と、走査部で走査されたレーザ光を観察者の眼10に入射させる接眼レンズ40と、走査部と接眼レンズ40との間に形成される像面位置に配置される瞳拡大素子ユニット50と、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を収納する鏡筒60とを備える。ここで、瞳拡大素子ユニット50は、レーザ光を分岐させて接眼レンズ40により形成される光学瞳の実効径を拡大する瞳拡大素子51と、走査部によって走査されたレーザ光によって形成される像の周囲を囲んで遮光するマスク52とが一体的に構成されたものである。また、接眼レンズ40は、その光軸方向視で円形の外形を有し、鏡筒60は、接眼レンズ40の外周面41に接触した状態で接眼レンズ40をその光軸を中心として回動可能に保持する内周面61を有する。そして、瞳拡大素子ユニット50は、接眼レンズ40と一体的に構成され、内周面61に保持された状態の接眼レンズ40の回動をともなって接眼レンズ40の光軸を中心とする回転方向の位置が調整可能に構成される。これにより、光学系に瞳拡大素子ユニット50及び接眼レンズ40を備える構成において、瞳拡大素子ユニット50及び接眼レンズ40の鏡筒60に対する組付けを容易にすることができ、また、瞳拡大素子ユニット50の回転方向の位置調整が容易であり、瞳拡大素子ユニット50及び接眼レンズ40の鏡筒に対する位置決め精度を向上させることができる。
具体的には、接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とが仮に個々に鏡筒60に組み付けられる場合、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50の鏡筒60に対する組付けが困難となり、鏡筒60に対する十分な位置決め精度を得ることが難しい。また、瞳拡大素子ユニット50は矩形状の外形を有することから、鏡筒60における画像面内での瞳拡大素子ユニット50の傾きを修正することは困難である。これに対し、本実施形態のRSD1においては、接眼レンズ40と瞳拡大素子ユニット50とが一体的に構成され、円形の外形を有する接眼レンズ40の外周面41が鏡筒60に対する位置決め面として利用されることで、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50の鏡筒60に対する組付けの容易さや高い位置決め精度が得られる。つまり、瞳拡大素子ユニット50は、矩形状である自己の外形ではなく、円形状である接眼レンズ40の外形を鏡筒60に対する摺動面とすることで、回転方向の位置調整を容易にする。結果として、瞳拡大素子ユニット50のマスク52と接眼レンズ40との間の位置ずれや、鏡筒60にできる表示画像である中間像面の形状に対するマスク52の形状の傾きが生じることが予防され、画像の特性の劣化を防止することができる。また、瞳拡大素子ユニット50の鏡筒60に対する組付け精度が向上することにより、回折格子54により構成される瞳拡大素子51が鏡筒60の光軸を中心として傾くことで生じる、所望の回折特性が得られずに画像の特性が劣化するといった現象を防止することができる。
(2)また、本実施形態のRSD1においては、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50を回動させる作用を受ける回動調整部としての係止凹部57が、瞳拡大素子51に設けられている。これにより、瞳拡大素子51を構成するケーシング53の成形等により、回動調整部を容易に形成することができる。
(3)また、本実施形態のRSD1においては、瞳拡大素子ユニット50は、接眼レンズ40の光軸がマスク52の囲繞形状の中心位置に一致するように、接眼レンズ40を係止する係止部55を有する。これにより、接眼レンズ40を瞳拡大素子ユニット50に対して容易に位置決めすることができる。
(4)また、本実施形態のRSD1においては、瞳拡大素子51は、接眼レンズ40の光軸方向視で、矩形状に構成され、係止部55は、瞳拡大素子51の四隅に設けられ、接眼レンズ40は、係止部55により瞳拡大素子51に係止された状態で、接眼レンズ40の光軸方向視で、その外周面41を形成する部分を、瞳拡大素子51の四辺から突出させる。これにより、接眼レンズ40の光軸方向視で、円形状となる接眼レンズ40と、矩形状となる瞳拡大素子ユニット50との組み合わせにおいて、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50の鏡筒60に対するX−Y平面方向の位置決めを効率良く行うことができる。
(5)また、本実施形態のRSD1においては、接眼レンズ40は、瞳拡大素子51の四辺から突出させた部分であるレンズ突出部45の、瞳拡大素子51側の面である端面44を、鏡筒60に対する光軸方向の当接面とし、鏡筒60に対して光軸方向について位置決めされる。これにより、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50の鏡筒60に対するZ軸方向の位置決めを容易に行うことができる。
(6)また、本実施形態のRSD1においては、接眼レンズ40は、接眼レンズ40の光軸方向視で円形状となる凹部42を形成するレンズ面43を有し、瞳拡大素子51により、凹部42が密閉される。これにより、接眼レンズ40及び瞳拡大素子ユニット50が鏡筒60に組み付けられた後に、接眼レンズ40の凹部42内にゴミが付着することを防止することができる。
1 RSD(画像表示装置)
6 光源部
10 眼
32 水平走査部
34 垂直走査部
40 接眼レンズ
41 外周面
42 凹部
43 レンズ面
44 端面
45 レンズ突出部
50 瞳拡大素子ユニット
51 瞳拡大素子
52 マスク
55 係止部
57 係止凹部(回動調整部)
60 鏡筒
61 内周面
63 位置決め面
6 光源部
10 眼
32 水平走査部
34 垂直走査部
40 接眼レンズ
41 外周面
42 凹部
43 レンズ面
44 端面
45 レンズ突出部
50 瞳拡大素子ユニット
51 瞳拡大素子
52 マスク
55 係止部
57 係止凹部(回動調整部)
60 鏡筒
61 内周面
63 位置決め面
Claims (6)
- 画像信号に応じた強度の光束を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束を2次元走査する走査部と、
前記走査部で走査された光束を観察者の眼に入射させる接眼レンズと、
前記走査部と前記接眼レンズとの間に形成される像面位置に配置されており、前記光束を分岐させて前記接眼レンズにより形成される光学瞳の実効径を拡大する瞳拡大素子と、前記走査部によって走査された光束によって形成される像の周囲を囲んで遮光するマスクとが一体的に構成された瞳拡大素子ユニットと、
前記接眼レンズ及び前記瞳拡大素子ユニットを収納する鏡筒と、を備え、
前記接眼レンズは、該接眼レンズの光軸方向視で円形の外形を有し、
前記鏡筒は、前記接眼レンズの外周面に接触した状態で前記接眼レンズを該接眼レンズの光軸を中心として回動可能に保持する内周面を有し、
前記瞳拡大素子ユニットは、前記接眼レンズと一体的に構成され、前記内周面に保持された状態の前記接眼レンズの回動をともなって前記接眼レンズの光軸を中心とする回転方向の位置が調整可能に構成される
ことを特徴とする画像表示装置。 - 前記接眼レンズ及び前記瞳拡大素子ユニットを回動させる作用を受ける回動調整部を、前記瞳拡大素子に設けたことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記瞳拡大素子ユニットは、
前記接眼レンズの光軸が前記マスクの囲繞形状の中心位置に一致するように、前記接眼レンズを係止する係止部を有する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記瞳拡大素子は、前記接眼レンズの光軸方向視で、矩形状に構成され、
前記係止部は、前記瞳拡大素子の四隅に設けられ、
前記接眼レンズは、前記係止部により前記瞳拡大素子に係止された状態で、前記接眼レンズの光軸方向視で、その外周面を形成する部分を、前記瞳拡大素子の四辺から突出させる
ことを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。 - 前記接眼レンズは、前記瞳拡大素子の四辺から突出させた部分の、前記瞳拡大素子側の面を、前記鏡筒に対する光軸方向の当接面とし、前記鏡筒に対して光軸方向について位置決めされる
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。 - 前記接眼レンズは、該接眼レンズの光軸方向視で円形状となる凹部を形成するレンズ面を有し、前記瞳拡大素子により、前記凹部が密閉される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
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