導光裝置的制造方法、導光裝置及虛像顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供：可嵌入虛像顯示裝置，并以接近眼鏡的形態(tài)來改善外觀的形式且在塊狀的導光部件的接合部分中維持高精度并可確保導光的光學功能的導光裝置的制造方法、導光裝置及采用導光裝置的虛像顯示裝置。導光裝置（20）制造時，利用第一及第二接合用肋（R1、R2），使導光棱鏡（10）和對置棱鏡（50）從特定的偏移方向連結(jié)。此時，利用相對于第一接合面（AS）的偏移方向的傾斜角度的差異引起的第一接合面（AS）和第二接合面（BS）間的間隙大小的差異，控制粘接劑的流動方向，使由以期望的狀態(tài)填充的粘接劑形成的接合部（JN）維持高精度。
【專利說明】導光裝置的制造方法、導光裝置及虛像顯示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及為了向觀察者呈現(xiàn)由圖像顯示元件形成的影像而引導影像光的導光裝置的制造方法等，具體地說，涉及適于觀察者的頭部佩戴的頭戴顯示器的導光裝置的制造方法、導光裝置及采用導光裝置的虛像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為嵌入觀察者的頭部佩戴的頭戴顯示器(以下，也稱為HMD)等的虛像顯示裝置的光學系統(tǒng)，提出了各種提案，特別是對眼前配置的導光用的棱鏡也提出了各種提案(例如參照專利文獻1、2等)。
[0003]對于HMD等的虛像顯示裝置，期望改進小型化及輕量化并在不降低畫質(zhì)的情況下實現(xiàn)廣視角化。另外，若僅僅可見全部覆蓋觀察者的視野的影像光，則觀察者無法判斷外界的狀態(tài)，導致不安。相反，通過重疊透視外界和影像，可以產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實這樣的新用途。因而，尋求在不妨礙外界的視野的情況下可重疊顯示影像光的顯示器。
[0004]考慮以上的狀況，例如通過由具有多個自由曲面并在觀察者的眼前以透視方式配置的透視型的棱鏡構(gòu)成導光裝置，可以以接近眼鏡的形態(tài)，提高觀察者的佩戴感，改善外觀的形式。為在持有透視功能的虛像顯示裝置應用的導光裝置的情況下，例如為了使外界光和影像光重合，在塊狀的導光棱鏡的一端設(shè)置傾斜的半透射面，該場合，為了修正該半透射面的傾斜以同樣地覆蓋眼前，必須與成對的其他塊狀的透光部件(對置棱鏡)接合。在該接合時，若例如在接合處進入氣泡，或者在反射面產(chǎn)生失真，則無法確保良好的透視性能和/或圖像形成，因此，重要的是通過在用于接合的粘接時例如適當控制粘接劑的流動方向等，改善粘接劑的填充狀態(tài)。
[0005]但是，接合處由自由曲面形成時，在該自由曲面涂敷要成為接合部的粘接劑進行接合，控制使粘接劑以期望的狀態(tài)進行填充未必是容易的。
[0006]另外，即使不具有透視功能，例如為了取出影像光而設(shè)置傾斜的反射面，該場合，由于外觀和/或強度的問題，反射面的設(shè)置處可能與成對的塊狀的部件接合，有對這樣的反射面產(chǎn)生失真(畸變)等的風險，這與具有透視功能時同樣。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻1:特開平11-149003號公報
[0009]專利文獻2:特開平10-268114號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明鑒于上述【背景技術(shù)】而提出，目的是提供:可嵌入虛像顯示裝置，并以接近眼鏡的形態(tài)來改善外觀的形式且在提高塊狀的導光棱鏡和對置棱鏡的接合部分的制造作業(yè)性的同時可確保光學功能的導光裝置的制造方法、導光裝置及采用導光裝置的虛像顯示裝置。
[0011]為了上述實現(xiàn)目的，本發(fā)明的導光裝置的制造方法，導光裝置具備:(al)導光棱鏡，其在導光側(cè)的接合面即第一接合面具有進行在內(nèi)部傳輸?shù)挠跋窆獾姆瓷涞姆瓷鋵樱?a2)對置棱鏡，其具有與第一接合面相對配置且與第一接合面對應的相對側(cè)的接合面即第二接合面，并通過隔著反射層將第一接合面和第二接合面接合而與導光棱鏡接合；以及(a3)接合部,其由在第一接合面和第二接合面的粘接區(qū)域填充的粘接劑形成，(b)導光棱鏡中，第一接合面是自由曲面，(C)對置棱鏡中，第二接合面是與第一接合面大體相同形狀的自由曲面，該制造方法具備:(d)準備工序，使第一接合面和第二接合面相對，且沿著使相對于第一接合面的一端側(cè)的傾斜角度和相對于另一端側(cè)的傾斜角度同向而大小不同的特定的偏移方向能使導光棱鏡和對置棱鏡接近地配置；(e)粘接劑涂敷工序，向準備工序中相對的第一接合面和第二接合面中至少一個面涂敷粘接劑；(f)粘接工序，使第二接合面和第一接合面沿著偏移方向接近，并使粘接劑涂敷工序中涂敷的粘接劑介入填充到導光棱鏡和對置棱鏡之間；(g)接合工序，使粘接工序中在第一接合面和第二接合面之間填充的粘接劑硬化，形成將導光棱鏡和對置棱鏡接合的接合部。這里，偏移方向相對于導光側(cè)接合面的傾斜角度是指導光側(cè)接合面的各點中例如該點中的切面這樣的規(guī)定導光側(cè)接合面的方向的平面與表示偏移方向的方向矢量形成的角度。另外，一個傾斜角度和其他傾斜角度同向是指，例如特定各傾斜角度的平面的法線矢量和表示偏移方向的方向矢量的內(nèi)積的正負在一個傾斜角度和其他傾斜角度中相同。
[0012]導光裝置的制造方法中，通過使導光棱鏡和對置棱鏡從特定的偏移方向接近來接合第一接合面和第二接合面，使導光棱鏡和對置棱鏡連結(jié)。此時，利用相對于第一接合面的該偏移方向的傾斜角度的差異，即使在粘接具有難以對齊的自由曲面的第一接合面和第二接合面時，也可以使粘接時兩面間形成的間隙(粘接區(qū)域)的大小因第一接合面上的位置而異。通過該間隙的差異，可以簡易控制粘接劑的流動方向等的填充過程，通過粘接劑的填充提高接合部制造時的作業(yè)性并可以將光學精度維持在高狀態(tài)。另外，可將形成接合部并且配置進行影像光的反射的反射層的第一接合面及第二接合面設(shè)為自由曲面，因此，形成其他有利于導光的面等的外觀的面也可以設(shè)為自由曲面，可以使導光裝置的眼前部分接近眼鏡的形態(tài)，改善外觀的形式。
[0013]本發(fā)明的具體方面中，導光裝置的導光棱鏡中，第一接合面是凸面形狀，對置棱鏡中，第二接合面是凹面形狀，準備工序中，偏移方向是使相對于第一接合面的一端側(cè)的傾斜角度比相對于另一端側(cè)的傾斜角度小的方向。該場合，通過粘接工序使第二接合面和第一接合面接近時，可以使第一接合面的一端側(cè)的間隙比另一端側(cè)的間隙在早期階段更窄。從而，可以將粘接劑的流動等的填充過程控制為期望的狀態(tài)。
[0014]本發(fā)明的其他方面中，粘接劑涂敷工序中，粘接劑在第一接合面的一端側(cè)涂敷，粘接工序中，使粘接劑從第一接合面中相對于偏移方向的傾斜角度小側(cè)向傾斜角度大側(cè)流動。該場合，可以使在第一接合面的一端側(cè)涂敷的粘接劑向第一接合面的另一端側(cè)流動的同時，進行粘接劑的填充。
[0015]本發(fā)明的另一其他方面中，導光棱鏡具有突起狀的第一接合用肋，對置棱鏡具有與第一接合用肋對應的突起狀的第二接合用肋，粘接工序中，導光棱鏡和對置棱鏡通過將第一接合用肋和第二用接合肋作為保持的基準來沿偏移方向滑動而粘接。該場合，通過以第一及第二用接合肋作為保持的基準進行滑動粘接，可以使導光棱鏡和對置棱鏡的相對位置關(guān)系緊密，且，可以維持粘接工序的粘接劑的流動的高控制精度。[0016]本發(fā)明的另一其他方面中，導光棱鏡具有隔著第一接合面相對配置且包含使來自影像顯示元件的影像光由內(nèi)面?zhèn)确瓷洳鞑サ淖杂汕娴牡谝患暗诙砻?，導光棱鏡以沿著第一及第二表面之間的在第一接合面的區(qū)域外設(shè)置的側(cè)方端部的至少一部分的狀態(tài)具有第一接合用肋。該場合，第一及第二表面成為包含自由曲面的形狀，使組裝了導光裝置的虛像顯示裝置的外觀和/或佩戴狀態(tài)接近眼鏡時，形成眼前部分而成為外觀一部分的第一及第二表面維持沿臉的曲面形狀的同時，可以確保影像光的導光，且，可以使透視時外界像的觀察中的視度近似為O。而且，通過沿著第一及第二表面的外周設(shè)置第一接合用肋，可以抑制組裝的虛像顯示裝置中的第一接合用肋對外觀的影響。
[0017]本發(fā)明的另一其他方面中，還具有成形工序，通過注射模塑成形分別形成導光棱鏡和對置棱鏡，成形工序中，使第一接合用肋和第二接合用肋以分別沿著導光棱鏡的側(cè)方端部和對置棱鏡的側(cè)方端部的至少一部分的狀態(tài)一體地形成。該場合，可以形成分別具有比較簡易且精度高的第一接合用肋和第二接合用肋的導光棱鏡和對置棱鏡。
[0018]本發(fā)明的另一其他方面中，第一及第二接合用肋分別具備沿側(cè)方端部延伸的第一及第二平板部，第一及第二平板部沿著進行成形工序的注射模塑成形的成形模具的分模線分別設(shè)置以規(guī)定偏移方向。該場合，可以簡易制造高精度的肋。
[0019]本發(fā)明的另一其他方面中，粘接工序中，導光棱鏡和對置棱鏡以第一接合用肋的第一平板部的表面和第二接合用肋的第二平板部的表面配置在同一平面上的狀態(tài)，接近并粘接。該場合，通過將例如與同一平面平行的方向規(guī)定為偏移方向，可以進行精密的粘接及接合工序的處理。
[0020]本發(fā)明的另一其他方面中，將X、1、z設(shè)為極坐標中的坐標值，c設(shè)為曲率，AmniS為各項系數(shù)參數(shù)，r0設(shè)為標準化孔徑，根據(jù)以下的定義式，按照粘接劑的流動方向的控制來實施參數(shù)調(diào)整，從而確定導光棱鏡的第一接合面和對置棱鏡的第二接合面的自由曲面的形狀。
【權(quán)利要求】
1.一種導光裝置的制造方法，其特征在于， 該導光裝置具備:導光棱鏡，其在導光側(cè)的接合面即第一接合面具有進行在內(nèi)部傳輸?shù)挠跋窆獾姆瓷涞姆瓷鋵?；對置棱鏡，其具有與所述第一接合面相對配置并且與所述第一接合面對應的相對側(cè)的接合面即第二接合面，并通過隔著所述反射層來將所述第一接合面和所述第二接合面接合而與所述導光棱鏡接合；以及接合部，其由在所述第一接合面和所述第二接合面的粘接區(qū)域填充的粘接劑形成， 所述導光棱鏡中，所述第一接合面是自由曲面， 所述對置棱鏡中，所述第二接合面是與所述第一接合面大體相同形狀的自由曲面， 所述制造方法具備: 準備工序，使所述第一接合面和所述第二接合面相對，且沿著使相對于所述第一接合面的一端側(cè)的傾斜角度和相對于另一端側(cè)的傾斜角度同向而大小不同的特定的偏移方向能使所述導光棱鏡和所述對置棱鏡接近地配置； 粘接劑涂敷工序，向所述準備工序中相對的所述第一接合面和所述第二接合面中至少一個面涂敷粘接劑； 粘接工序，使所述第二接合面和所述第一接合面沿著所述偏移方向接近，并使所述粘接劑涂敷工序中涂敷的所述粘接劑介入填充到所述導光棱鏡和所述對置棱鏡之間；和接合工序，使所述粘 接工序中在所述第一接合面和所述第二接合面之間填充的所述粘接劑硬化，形成將所述導光棱鏡和所述對置棱鏡接合的接合部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述導光棱鏡中，所述第一接合面是凸面形狀， 所述對置棱鏡中，所述第二接合面是凹面形狀， 所述準備工序中，所述偏移方向是使相對于所述第一接合面的一端側(cè)的傾斜角度比相對于另一端側(cè)的傾斜角度小的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述粘接劑涂敷工序中，所述粘接劑在所述第一接合面的一端側(cè)涂敷， 所述粘接工序中，使所述粘接劑從所述第一接合面中相對于所述偏移方向的傾斜角度小的側(cè)向傾斜角度大的側(cè)流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述導光棱鏡具有突起狀的第一接合用肋， 所述對置棱鏡具有與所述第一接合用肋對應的突起狀的第二接合用肋， 所述粘接工序中，所述導光棱鏡和所述對置棱鏡通過將所述第一接合用肋和所述第二用接合肋作為保持的基準來沿所述偏移方向滑動而粘接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述導光棱鏡具有隔著所述第一接合面相對配置且包含使來自影像顯示元件的影像光由內(nèi)面?zhèn)确瓷洳鞑サ淖杂汕娴牡谝患暗诙砻妫? 所述導光棱鏡以沿著所述第一及第二表面之間的在所述第一接合面的區(qū)域外設(shè)置的側(cè)方端部的至少一部分的狀態(tài)具有所述第一接合用肋。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 還具有成形工序，通過注射模塑成形分別形成所述導光棱鏡和所述對置棱鏡，所述成形工序中，使所述第一接合用肋和第二接合用肋以分別沿著所述導光棱鏡的側(cè)方端部和所述對置棱鏡的側(cè)方端部的至少一部分的狀態(tài)一體地形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述第一及第二接合用肋分別具備沿所述側(cè)方端部延伸的第一及第二平板部，所述第一及第二平板部沿著進行所述成形工序的注射模塑成形的成形模具的分模線分別設(shè)置以規(guī)定所述偏移方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述粘接工序中，所述導光棱鏡和所述對置棱鏡，以所述第一接合用肋的所述第一平板部的表面和所述第二接合用肋的所述第二平板部的表面配置在同一平面上的狀態(tài)，接近并粘接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 將X、1、Z設(shè)為極坐標中的坐標值，C設(shè)為曲率，Aniffl設(shè)為各項系數(shù)參數(shù)，r0設(shè)為標準化孔徑，根據(jù)以下的定義式，按照所述粘接劑的流動方向的控制來實施參數(shù)調(diào)整，從而確定所述導光棱鏡的所述第一接合面和所述對置棱鏡的所述第二接合面的自由曲面的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述導光棱鏡能引導所述影像光并進行外界光的透視， 所述導光棱鏡中，所述反射層是進行影像光的部分反射及外界光的部分透射的半反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項所述的導光裝置的制造方法，其特征在于， 所述對置棱鏡是與所述導光棱鏡接合并一體固定并且輔助所述導光棱鏡的透視功能的輔助棱鏡。
12.一種導光裝置，其特征在于， 具備: 導光棱鏡，其在導光側(cè)的接合面即第一接合面具有進行在內(nèi)部傳輸?shù)挠跋窆獾姆瓷涞姆瓷鋵樱? 對置棱鏡，其具有與所述第一接合面相對配置且與所述第一接合面對應的相對側(cè)的接合面即第二接合面，并通過隔著所述反射層來將所述第一接合面和所述第二接合面接合而與所述導光棱鏡接合；以及 接合部，其由在所述第一接合面和所述第二接合面的粘接區(qū)域填充的粘接劑形成， 所述導光棱鏡中，所述第一接合面是自由曲面， 所述對置棱鏡中，所述第二接合面是與所述第一接合面大體相同形狀的自由曲面， 所述導光棱鏡具有突起狀的第一接合用肋， 所述對置棱鏡具有與所述第一接合用肋對應的突起狀的第二接合用肋， 所述導光棱鏡和所述對置棱鏡中，所述第一接合用肋和所述第二用接合肋沿著使相對于所述第一接合面的一端側(cè)的傾斜角度和相對于另一端側(cè)的傾斜角度不同的特定的偏移方向延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的導光裝置，其特征在于，所述第一接合用肋和第二接合用肋以分別沿著所述導光棱鏡的側(cè)方端部和所述對置棱鏡的側(cè)方端部的至少一部分的狀態(tài)，通過注射模塑成形而分別與所述導光棱鏡及所述對置棱鏡一體地形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的導光裝置，其特征在于， 所述第一及第二接合用肋分別具備沿所述側(cè)方端部延伸的第一及第二平板部，所述第一及第二平板部沿著進行注射模塑成形的成形模具的分模線分別設(shè)置以規(guī)定所述偏移方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一項所述的導光裝置，其特征在于， 將X、1、z設(shè)為極坐標中的坐標值，c設(shè)為曲率，Aniffl設(shè)為各項系數(shù)參數(shù)，r0設(shè)為標準化孔徑，根據(jù)以下的定義式，按照所述粘接劑的流動方向的控制來實施參數(shù)調(diào)整，從而確定所述導光棱鏡的所述第一接合面和所述對置棱鏡的所述第二接合面的自由曲面的形狀。
16.一種虛像顯示裝置，其特征在于，具備: 產(chǎn)生影像光的影像顯示元件；和 權(quán)利要求12到15中任一項所述的導光裝置，使來自所述影像顯示元件的影像光在內(nèi)面?zhèn)确瓷洳鞑ァ?br> 17.—種虛像顯示裝置，使觀察者視覺識別作為虛像的影像，其特征在于， 具備: 影像顯示元件，其產(chǎn)生影像光； 導光棱鏡，其用于朝向觀察者的眼睛以用于視覺識別圖像；以及 對置棱鏡，其具有從所述導光棱鏡向觀察者的眼睛反射圖像的光的反射層，并隔著所述反射層而與所述導光棱鏡的接合面一起構(gòu)成透射部， 所述導光棱鏡中，第一接合面是自由曲面， 所述對置棱鏡中，第二接合面是與所述第一接合面大體相同形狀的自由曲面， 所述導光棱鏡具有突起狀的第一接合用肋， 所述對置棱鏡具有與所述第一接合用肋對應的突起狀的第二接合用肋， 所述導光棱鏡和所述對置棱鏡中，所述第一接合用肋和所述第二用接合肋沿著使相對于所述第一接合面的一端側(cè)的傾斜角度和相對于另一端側(cè)的傾斜角度不同的特定的偏移方向延伸。
【文檔編號】G02B5/04GK104007502SQ201410060169
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月22日
【發(fā)明者】平出紀明 申請人:精工愛普生株式會社