JP5699649B2 - 虚像表示装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の虚像表示装置は、表示素子(LCD等)、駆動回路、及び投射レンズ(対物レンズ)等を有し、眼鏡フレームのテンプルに固定される画像表示ユニットと、眼鏡フレームのフロントに固定される導光板(基板)とを備える。
画像表示ユニット(駆動回路)は、外部からケーブル(信号線)を介して信号を入力し、表示素子に画像光を形成させる。
導光板は、一端側及び他端側に導入ミラー及びコンバイナがそれぞれ設けられている。
導入ミラーは、表示素子から出射され投射レンズにて平行光として投射された画像光が導光板内部で全反射されてコンバイナに導かれるように、当該画像光を反射させる。
そして、コンバイナは、導光板内部での全反射により導かれた画像光を反射させて、導光板外部の所定位置(観察者の左目または右目)に導く。
すなわち、観察者が虚像表示装置を装着すると、ケーブルが観察者の顔に当たりやすく、観察者に不快感を与えてしまう、という問題がある。
このことにより、例えば、テンプルにおける収納部材に取り付けられる一端側とは反対側の他端側から、第2空間に引廻された信号線を外部に出すように構成すれば、観察者が虚像表示装置を装着した際に、信号線が観察者の顔に当たることがなく、観察者に不快感を与えることがない。すなわち、虚像表示装置の使用感を向上させることができる。
本発明では、信号線の一部が弾性変形により撓んだ状態で第1空間に収納されているので、テンプルの回動に応じて信号線に掛かる負荷を当該信号線の撓みにより軽減でき、信号線の断線を良好に防止できる。
ところで、第1空間に収納される信号線の一部を上述したように弾性変形によりU字状に撓ませた場合には、U字状の部分がテンプルの回動に連動して回転しやすいものとなる。
本発明では、U字状の部分がテンプルの回動に連動して第1空間で回転するように構成されている。言い換えれば、第1空間は、U字状の部分がテンプルの回動に連動して回転する際に、収納部材の内面等に機械的に干渉して回転が規制されることなく、回転を許容できる大きさに設定されている。
ところで、例えば、回路基板が表示素子及び投射レンズに対して上方側に配設され、信号線が第1空間から第2空間に向けてヒンジ機構における下方側を介して引廻された場合には、以下に示す不具合が生じる恐れがある。
すなわち、上述したように信号線の一部を弾性変形によりU字状に撓ませた状態で第1空間に収納した場合には、U字状の部分が斜めに歪んだ状態となる。
このようにU字状の部分が斜めに歪んだ状態では、収納部材の内面等に機械的に干渉しやすいため、第1空間を必要以上に大きい空間に設定する必要がある。すなわち、収納部材が大型化し、ひいては、虚像表示装置が大型化してしまう。
このことにより、U字状の部分が斜めに歪むことを防止できる。
すなわち、U字状の部分が収納部材の内面等に機械的に干渉し難いものとし、第1空間を不要に大きい空間に設定する必要がなく、収納部材及び虚像表示装置の小型化が図れる。
また、第1空間に収納される信号線の一部は、弾性変形により上下方向に折り曲げられて撓んだ状態となるため、自重の影響により、斜めに傾くことも防止でき、収納部材の内面等に機械的に干渉し難い構成を実現できる。
また、ヒンジ機構が上述したように構成されているので、テンプルは、上述した回動軸を中心とした回動の他、上述した第2の軸を中心とした回動も可能となる。すなわち、テンプルの回動角度(回動範囲)が大きいものとなる。
このようにテンプルの回動角度を大きいものとした場合であっても、例えば、第1空間に収納された信号線の一部を弾性変形により撓んだ状態とすれば、信号線の断線を良好に防止できる。
〔1.虚像表示装置の構成〕
図1は、虚像表示装置1の外観を示す斜視図である。
図2は、虚像表示装置1の構成を示す分解斜視図である。
図3は、虚像表示装置1の内部構成を示す斜視図である。
なお、図1ないし図3では、説明の便宜上、後述する投射レンズ81の光軸Ax(図2)に平行となる軸をZ軸とし、Z軸に直交する水平軸をX軸、Z軸に直交する鉛直軸をY軸とする。以降の図も同様である。また、Z軸において、観察者側を−Z軸側、観察者から離間する側を+Z軸側とする。
そして、図1ないし図3は、−Z軸側から見た図である。また、図2及び図3は、説明の便宜上、観察者の左目に対応する側のみを示している。さらに、図2では、説明の便宜上、回路基板9及びハーネスHの図示を省略している。
この虚像表示装置1は、図1ないし図3に示すように、画像形成装置2(図2、図3)と、導光板3と、リム4と、収納部材としてのカバー5と、テンプル6とを備える。
なお、画像形成装置2、導光板3、カバー5、及びテンプル6は、図1ないし図3に示すように、虚像表示装置1を装着する観察者の左目及び右目にそれぞれ対応して一対設けられ、YZ平面を基準として対称(左右対称)となるように配設されている。
一対の画像形成装置2、一対の導光板3、一対のカバー5、及び一対のテンプル6については、左右で同一の構成を有しているため、以下では、観察者の左目に対応する側のみを説明する。
画像形成装置2は、画像光を形成して投射する部材であり、図2または図3に示すように、表示素子7と、投射光学装置8と、回路基板9(図3)とを備える。
表示素子7は、図2または図3に示すように、入射した光を変調して画像光を形成する透過型の液晶表示デバイス71と、液晶表示デバイス71の光入射側に取り付けられ、液晶表示デバイス71に対して光を出射するバックライト72(図2)とを備える。
投射光学装置8は、図2または図3に示すように、表示素子7から出射された画像光を平行光として投射する投射レンズ81(図2)と、投射レンズ81を内部に収納する鏡筒82とを備える。
そして、表示素子7は、図2または図3に示すように、取付部材7Aを介して、鏡筒82における−Z軸側の端面に固定される。
そして、回路基板9は、図3に示すように、表示素子7及び投射光学装置8の上方側に取り付けられる。
また、各部材7〜9が一体化された画像形成装置2は、図3に示すように、鏡筒82を介してリム4に固定される。
図4は、導光板3の構成を示す図である。具体的に、図4(A)は+Z軸側から導光板3を見た図であり、図4(B)は導光板3をY軸に沿う下方側から見た図である。
導光板3は、光透過性を有する樹脂材料等から構成され、画像形成装置2から投射された画像光を内部に取り込んだ後、外部の所定位置(観察者の左目または右目)に導く。
この導光板3は、図2または図4に示すように、画像取込部31と、全反射部32と、画像取出部33とが一体形成されたものであり、Y軸に沿う方向から見た場合に略等脚台形状に形成されている。
画像取込部31は、図2または図4に示すように、Y軸に沿って延びる略三角柱状に形成され、虚像表示装置1を組み立てた状態で、他方の導光板3から離間する側に位置付けられる。
そして、画像取込部31は、虚像表示装置1を組み立てた状態で、投射光学装置8に対向して配設され、投射光学装置8から投射された画像光を導光板3内部に取り込む。
光入射面311は、XY平面に平行となる平坦状に形成され、投射レンズ81に対向して当該投射レンズ81から投射された画像光が入射される面である。
第1反射面312は、光入射面311に対向し、XY平面に対して傾斜する平坦状の斜面にアルミ蒸着等の成膜を施すことにより形成され、光入射面311を介して画像取込部31内部に取り込まれた画像光を全反射部32に向けて反射させる。
そして、全反射部32は、図4に示すように、第1,第2全反射面321,322を有し、第1反射面312にて反射された画像光を第1,第2全反射面321,322での全反射により画像取込部31から離間する方向(他方の導光板3に近接する側)に導く。
第1全反射面321は、光入射面311を延長させた(XY平面に平行となる(光軸Axに直交する))平面で構成され、−Z軸側に位置する。
第2全反射面322は、第1全反射面321に平行となる平坦状に形成され、+Z軸側に位置する。
なお、第1,第2全反射面321,322としては、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により画像光を全反射させて導くものに限らず、第1,第2全反射面321,322の全体または一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、第1,第2全反射面321,322の全体または一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射させる場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第1,第2全反射面321,322の全体または一部がコートされていてもよい。
そして、画像取出部33は、全反射部32にて導かれた画像光を反射により外部の所定位置(観察者の左目または右目)に導く。
この画像取出部33の外面には、図4に示すように、光出射面331と、第2反射面332とが形成されている。
第2反射面332は、光出射面331に対向し、XY平面に対して傾斜する平坦状に形成され、全反射部32にて導かれた画像光を反射により外部の所定位置(観察者の左目または右目)に導く。
この第2反射面332は、ハーフミラー等で構成され、画像光を反射するとともに、外界像も透過可能に構成されている。
なお、画像取出部33としては、全反射部32にて導かれた画像光を外部の所定位置に導く機能を有していれば、ハーフミラー等の第2反射面332に限らず、偏光ビームスプリッターや、ホログラム回折格子等を採用しても構わない。
リム4は、光透過性を有する樹脂材料等から構成され、左右対称となる形状を有し、一対の導光板3の画像取出部33同士が互いに近接する状態で一対の導光板3を保持する(一体化する)。
このリム4は、図2に示すように、上フレーム部41と、一対の下フレーム部42と、架設部43が一体形成されたものである。
上フレーム部41は、X軸に沿って延びる断面略矩形状の部材であり、一対の導光板3の上方側を支持する。
一対の下フレーム部42は、X軸に沿って延びる断面略矩形状の部材であり、上フレーム部41に対して下方側に配設されるとともに、互いにX軸に沿って並設され、一対の導光板3の下方側をそれぞれ支持する。
また、上フレーム部41及び下フレーム部42には、各部材7〜9が一体化された画像形成装置2が鏡筒82を介して固定される。
この架設部43には、図1ないし図3に示すように、一対の下フレーム部42の間から上方側にかけてZ軸に沿う方向から見て略円弧状に切り欠かれた切り欠き部431が形成されている。
そして、この切り欠き部431には、観察者に虚像表示装置1が装着された状態で、観察者の鼻に当接する鼻パッド431A(図1)が着脱自在に取り付けられている。
また、架設部43における−Z軸側の左右両端部には、図2に示すように、一対の導光板3における各第2反射面332に対応した斜面432がそれぞれ形成されている。
そして、導光板3は、上フレーム部41、下フレーム部42、及び架設部43で囲まれるコ字状内側部分を埋めるように嵌合され、上フレーム部41、下フレーム部42、及び斜面432に接着剤を介して接合される。
カバー5は、図1ないし図3に示すように、他方のカバー5から離間する側に位置する第1カバー部5Aと、他方のカバー5に近接する側に位置する第2カバー部5Bとを組み合わせることで構成され、内部が中空のZ軸に沿って延びる全体略直方体形状を有する。
そして、このカバー5は、リム4の上フレーム部41及び下フレーム部42に固定され、画像形成装置2、導光板3の一部(画像取込部31)、及びリム4の一部(上フレーム部41及び下フレーム部42の端部側)を覆う。
第1空間Sp1は、収納空間Sp0に連通し、収納空間Sp0の−Z軸側に設けられている。
また、カバー5において、−Z軸側の端部におけるY軸に沿う方向の略中央部分には、図1ないし図3に示すように、外部と第1空間Sp1とを連通する第1取付用孔51が形成されている。
テンプル6は、図1ないし図3に示すように、他方のテンプル6から離間する側に位置する第1テンプル部6Aと、他方のテンプル6に近接する側に位置する第2テンプル部6Bとを組み合わせることで構成され、内部が中空となり曲線的に延びる形状を有する。
そして、テンプル6は、一端側(+Z軸側の端部)が後述するヒンジ機構10を介してカバー5に対して回動自在に取り付けられ、虚像表示装置1が観察者に装着された際に、観察者の耳に係止される。
なお、本実施形態のテンプル6は、図1に示す状態(後述する第1,第2当接部15,16が互いに当接した状態)において、一端側から他端側に向けて、−Z軸側に延びながら下方側に緩やかに曲がるとともに、他方のテンプル6に近接する側に緩やかに曲がるように形成されている。
すなわち、テンプル6は、虚像表示装置1が観察者に装着された際に、観察者の頭部に倣う形状を有する。
なお、第2取付用孔61は、第1,第2テンプル部6A,6Bを組み合わせることで構成されるものであり、図3では、第1テンプル部6Aに形成された第2取付用孔61の一部のみを図示している。
また、テンプル6において、他端の下方側には、図3に示すように、ハーネスHの外径と略同一の内径を有する取出用孔62が形成されている。
なお、取出用孔62は、第1,第2テンプル部6A,6Bを組み合わせることで構成されるものであり、図3では、第1テンプル部6Aに形成された取出用孔62の一部のみを図示している。
図5は、ヒンジ機構10の構成を示す分解斜視図である。
ヒンジ機構10は、図3または図5に示すように、回動軸11(図3)と、一対の支持部12と、一対の軸支部13と、付勢部材14(図3)とを備える。
回動軸11は、図3に示すように、円柱状に形成され、カバー5に対してテンプル6を回動させる軸である。
一対の支持部12は、図3または図5に示すように、カバー5に設けられている。
具体的に、一対の支持部12は、カバー5において、第1取付用孔51の縁部分からXZ平面に平行となるように第1空間Sp1に向けて突出する板体状に形成され、Y軸に沿って並設されている。
なお、一対の支持部12(支持用孔121)は、第1,第2カバー部5A,5Bを組み合わせることで構成されるものであり、図3または図5では、第1カバー部5Aに形成された一対の支持部12(支持用孔121)の一部のみを図示している。
そして、一対の支持部12は、各支持用孔121にて回動軸11をY軸に沿う状態で支持する。
第1当接部15は、Y軸に沿う方向から見た場合に、第1カバー部5Aの内面からX軸に沿う方向に突出し、先端部分が−Z軸側に曲がった略L字形状を有する(図6参照)。
また、第1当接部15において、−Z軸側に曲がった部分の先端は、Y軸に沿う方向から見て、−Z軸側に凸となる断面略円弧状となるように形成されている。
具体的に、一対の軸支部13は、第1テンプル部6Aにおいて、第2取付用孔61の縁部分からXZ平面に平行となるように外部に向けて突出する略円板状に形成され、Y軸に沿って並設されている。
ここで、一対の軸支部13の離間寸法は、一対の支持部12の離間寸法よりも小さく設定されている。
そして、一対の軸支部13は、カバー5に対してテンプル6が取り付けられた状態で、第1取付用孔51を介して一対の支持部12間に配設される。
これら挿通孔131は、カバー5に対してテンプル6が取り付けられた状態で、第1当接部15における−Z軸側に曲がった部分の先端(第1当接部15と後述する第2当接部16(図5)との当接位置)を通り、Y軸に平行となる仮想的な第2の軸VA(図6参照)を中心とする回転方向に沿って延びるトラック孔で構成されている。
ここで、テンプル6において、一対の軸支部13には、図5に示すように、Y軸に沿う方向から見て挿通孔131に対して他方のテンプル6から離間する側に第2当接部16がそれぞれ形成されている。
第2当接部16は、軸支部13の外縁から突出し、テンプル6を拡げる方向に回動させた際に、第1当接部15(−Z軸側に曲がった部分の先端)に当接する部分である。
この切り欠き部132は、第1,第2テンプル部6A,6Bが組み合わされ、第2テンプル部6Bに形成された押え板133(図7〜図9参照)との間で、ハーネスHが挿通される孔134を構成する部分である。
付勢部材14は、図3または図6に示すように、引張コイルバネで構成され、一端及び他端が回動軸11及び第1テンプル部6Aにそれぞれ取り付けられ、テンプル6を回動軸11に近接する方向(テンプル6を狭める方向(他方のテンプル6に近接する方向))に付勢する。
すなわち、テンプル6は、回動軸11を中心として拡がる方向に回動すると、第1当接部15に第2当接部16が当接する(図6(A))。
そして、テンプル6は、図6(A)に示す状態から、拡がる方向に押圧されると、付勢部材14による付勢力に抗して、挿通孔131内部での回動軸11の位置を変更させながら、第2の軸VAを中心として回動する。
したがって、テンプル6は、観察者に虚像表示装置1が装着された状態では、付勢部材14による付勢力により、観察者の頭部に所定の力を及ぼす。
次に、カバー5、ヒンジ機構10、及びテンプル6内部でのハーネスHの収納状態について説明する。
回路基板9に接続されたハーネスHの一端側は、図3に示すように、回路基板9から−Z軸側に引廻され、弾性変形により撓んだ状態で、第1空間Sp1に収納される。
具体的に、ハーネスHの一端側は、回路基板9が配設される上方側から下方側に向けて弾性変形により折り曲げられ、さらにU字形状を有するように上方側に向けて弾性変形により折り曲げられる。
ここで、第1テンプル部6Aには、図3または図5に示すように、一対の軸支部13間を上方側及び下方側に区画する区画板63が形成されている。
すなわち、ハーネスHは、上方側の軸支部13及び区画板63間を介して、第2空間Sp2に引廻される。
そして、第2空間Sp2に引廻されたハーネスHは、テンプル6内部に適宜、固定されながら、図3に示すように、第2空間Sp2の形状に倣って−Z軸側に引廻され、取出用孔62を介して外部に出される。
U字状の部分HUは、図7ないし図9に示すように、一端C1側が回路基板9に接続され、他端C2側が孔134に挿通されている。
そして、U字状の部分HUは、回動軸11を中心としてテンプル6を回動させた際に、当該テンプル6の回動に連動して、U字形状が歪むことなく、一端C1を中心として回転する。
なお、本実施形態では、図7ないし図9に示すように、U字状の部分HUの一端C1と、回動軸11とは、Y軸に沿う方向から見て、Z軸に略沿うように設定されている。また、U字状の部分HUは、テンプル6の回動に連動して、YZ面に対して鋭角をなす範囲内で回転するように設定されている。
以上、回動軸11を中心としてテンプル6を回動させた際のU字状の部分HUの回転動作を説明したが、第2の軸VAを中心としてテンプル6を回動させた際でもU字状の部分HUは同様に動作するものである。
本実施形態では、ハーネスHは、回路基板9等が収納されるカバー5内部(収納空間Sp0、第1空間Sp1)からヒンジ機構10を介してテンプル6内部(第2空間Sp2)に引廻され、テンプル6の他端側に形成された取出用孔62から外部に取り出されている。
このことにより、観察者が虚像表示装置1を装着した際に、ハーネスHが観察者の顔に当たることがなく、観察者に不快感を与えることがない。すなわち、虚像表示装置1の使用感を向上させることができる。
さらに、ハーネスHの一部が弾性変形により撓んだ状態で第1空間Sp1に収納されているので、テンプル6の回動に応じてハーネスHに掛かる負荷を当該ハーネスHの撓みにより軽減でき、ハーネスHの断線を良好に防止できる。
このため、テンプル6の回動時に、カバー5の内面等にてU字状の部分HUの回転が規制されてハーネスHに負荷が掛かることがなく、ハーネスHの断線をさらに良好に防止できる。
このことにより、U字状の部分HUが斜めに歪むことを防止できる。
すなわち、U字状の部分HUがカバー5の内面等に機械的に干渉し難いものとし、第1空間Sp1を不要に大きい空間に設定する必要がなく、カバー5及び虚像表示装置1の小型化が図れる。
また、第1空間Sp1に収納されるハーネスHの一部(U字状の部分HU)は、弾性変形により上下方向に折り曲げられて撓んだ状態となるため、自重の影響により、斜めに傾くことも防止でき、カバー5の内面等に機械的に干渉し難い構成を実現できる。
また、ヒンジ機構10が上述したように構成されているので、テンプル6は、回動軸11を中心とした回動の他、第2の軸VAを中心とした回動も可能となる。すなわち、テンプル6の回動角度が大きいものとなる。
このようにテンプル6の回動角度を大きいものとした場合であっても、ハーネスHの一部(U字状の部分HU)が弾性変形により撓んだ状態で第1空間Sp1に収納されているので、ハーネスHの断線を良好に防止できる。
前記実施形態では、虚像表示装置1は、画像形成装置2及び導光板3が観察者の両目に対応させてそれぞれ一対設けられていたが、これに限らず、一対の画像形成装置2のうち一方の画像形成装置2を省略し、画像を片眼視する構成としても構わない。
前記実施形態では、虚像表示装置1は、透過型の液晶表示デバイス71を採用していたが、これに限らず、その他の構成、例えば、反射型の液晶表示デバイスや、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を採用しても構わない。
前記実施形態では、ハーネスHの一部は、弾性変形によりU字状に撓んだ状態で第1空間Sp1に収納されていたが、弾性変形により撓んだ状態であれば、U字状に限らず、その他の形状となるように撓ませても構わない。
前記実施形態では、回路基板9の配設位置とハーネスHにおけるヒンジ機構10を通る位置とが上方側に設定されていたが、これに限らず、下方側に設定しても構わない。
前記実施形態では、信号線としてハーネスHを採用していたが、これに限らず、FPC(Flexible Printed Circuits)等を採用しても構わない。
Claims (5)
- 画像光を出射する表示素子と、
画像信号に基づいて、前記表示素子を駆動する回路基板と、
前記回路基板に接続し、外部からの前記画像信号を前記回路基板に入力させる信号線と、
前記表示素子からの画像光を投射する投射レンズと、
前記投射レンズからの画像光を内部に取り込んだ後、外部の所定位置に導く導光板と、
前記表示素子、前記回路基板、及び前記投射レンズが収納される収納空間、及び前記収納空間に連通し、前記信号線の一部が収納される第1空間を内部に有する収納部材と、
ヒンジ機構を介して前記収納部材に回動自在に取り付けられるとともに、前記ヒンジ機構を介して前記第1空間に連通する第2空間を内部に有するテンプルとを備え、
前記信号線は、
前記第1空間から前記ヒンジ機構を介して前記第2空間に引廻され、
前記信号線の一部は、
弾性変形により撓んだ状態で前記第1空間に収納され、撓んだ部分が前記収納部材に対する前記ヒンジ機構を介した前記テンプルの回動に連動して前記第1空間で回転する
ことを特徴とする虚像表示装置。 - 請求項1に記載の虚像表示装置において、
前記撓んだ部分は、U字状を有する
ことを特徴とする虚像表示装置。 - 請求項1または請求項2に記載の虚像表示装置において、
前記導光板は、
前記投射レンズに対向して配設され、前記投射レンズからの画像光を前記導光板内部に取り込む画像取込部と、
前記投射レンズの光軸に直交する平坦状に形成され互いに平行となる一対の全反射面を有し、前記導光板内部に取り込まれた画像光を前記一対の全反射面での全反射により前記画像取込部から離間する方向に導く全反射部と、
前記全反射部にて導かれた画像光を外部の前記所定位置に導く画像取出部とを備える
ことを特徴とする虚像表示装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の虚像表示装置において、
前記回路基板は、
前記収納空間内部で前記表示素子及び前記投射レンズに対して上方側及び下方側のいずれか一方の側に配設され、
前記信号線は、
前記第1空間から前記第2空間に向けて、前記ヒンジ機構における前記一方の側を介して引廻されている
ことを特徴とする虚像表示装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の虚像表示装置において、
前記ヒンジ機構は、
前記収納部材に対して前記テンプルを回動させる回動軸と、
前記収納部材に設けられ、前記回動軸を支持する支持部と、
前記テンプルに設けられ、前記回動軸が挿通される挿通孔を有し、前記回動軸に回動自在に軸支される軸支部と、
前記回動軸及び前記テンプル間に架設され、前記テンプルを前記回動軸に近接する方向に付勢する付勢部材とを備え、
前記収納部材及び前記テンプルには、
前記付勢部材の付勢力に抗して前記テンプルを回動させた際に、互いに当接する第1当接部及び第2当接部がそれぞれ設けられ、
前記挿通孔は、
前記第1当接部及び前記第2当接部の当接位置を通り前記回動軸に平行となる仮想的な第2の軸を中心とする回転方向に延びるトラック孔で構成されている
ことを特徴とする虚像表示装置。
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