(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を形成する画像表示装置と、
前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、
前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を互いに対向して平行に延びる第１及び第２面での全反射により導く導光部と、前記導光部を経た前記画像光を外部に取出す光射出部とを有する導光装置と、を備え、
前記光入射部は、前記第２面に対して鈍角をなす反射部によって前記画像光を反射する第３面を有し、
前記反射部は、前記第３面と前記第２面との間の角部のうち前記第３面側の稜線近傍領域を覆っており、
前記反射部が、前記角部のうち前記第２面側の稜線近傍領域の少なくとも一部にはみ出している、
虚像表示装置。
【請求項２】
前記第３面側の稜線近傍領域を覆う前記反射部は、非透過性の反射を行う所定以上の厚みを有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記角部のうち前記第２面側の前記稜線近傍領域において、前記反射部のはみ出し幅は、０．１ｍｍ以下である、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記反射部の透過率は、前記第３面側の稜線近傍領域において、又は前記第３面側の稜線近傍領域から前記第２面側のはみ出し幅に対応する部分にかけて、１％以下である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記導光装置は、前記光入射部と前記導光部と前記光射出部とを一体的なブロック状部材として有し、
前記光射出部は、前記第１及び第２面のいずれかに隣接し前記第１及び第２面のいずれかに対して鈍角をなす第４面を有する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記反射部は、アルミニウムで形成されている、請求項１から５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
画像光を形成する画像表示装置と、前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を互いに対向して平行に延びる第１及び第２面での全反射により導く導光部と、前記導光部を経た前記画像光を外部に取出す光射出部とを有する導光装置とを備える虚像表示装置の製造方法であって、
前記光入射部は、前記第２面に対して鈍角をなすとともに付随する反射部によって前記画像光を反射する第３面を有し、
前記第３面の下地面と前記第２面との間の角部のうち前記第３面側の稜線近傍領域において、前記反射部を前記角部のうち前記第２面側の稜線近傍領域の少なくとも一部にはみ出して形成する、虚像表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３面側の稜線近傍領域を覆う前記反射部は、非透過性の反射を行う所定以上の厚みを有する、請求項７に記載の虚像表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記反射部の形成に際して、前記第２面と前記第３面との間に延在する角部のうち前記第２面側の稜線近傍領域まで成膜を行う、請求項７及び８のいずれか一項に記載の虚像表示装置の製造方法。
【請求項１０】
前記反射部の形成に際して、前記第２面のうち前記稜線近傍領域の外側に膜物質の被着を防止するマスクを配置する、請求項９に記載の虚像表示装置の製造方法。
【請求項１１】
アルミニウムの成膜によって前記反射部を形成する、請求項７から１０までのいずれか一項に記載の虚像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されている。このような虚像表示装置用の導光板として、全反射を利用して映像光を導くとともに、導光板の主面に対して所定角度をなして互いに平行に配置される複数の部分反射面にて映像光を反射させ導光板から外部に取り出すことによって、映像光を観察者の網膜に到達させるものが知られている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
上記のような虚像表示装置については、縦方向に延びる帯状又は縞状の輝度斑が発生する傾向がある。表示素子の横断面からの光束については、その横位置に応じて導光板の光入射側から取り込まれ表示に利用される角度方向が大きく変化するとともに、導光板内での反射回数が異なる複数モードの画像光が導光板の光射出側で横方向に繋ぎ合わせるように合成されることになる。この場合、繋ぎ目に対応する部分で輝度が低下する傾向があり、特に光入射側に設けた折り曲げミラーの開口周辺での減光によって輝度が低下し、縦方向に延びる帯状の輝度斑が発生すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【特許文献２】特開２００４−１５７５２０号公報
【発明の概要】
【０００５】
そこで、本発明は、輝度斑の発生を抑えた虚像表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る虚像表示装置は、（ａ）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と、光入射部から取り込まれた画像光を互いに対向して平行に延びる第１及び第２面での全反射により導く導光部と、導光部を経た画像光を外部に取出す光射出部とを有する導光装置と、を備え、（ｄ）光入射部は、第２面に対して鈍角をなす反射部によって画像光を反射する第３面を有し、（ｅ）反射部は、第３面の下地面と第２面との間の角部のうち第３面側の稜線近傍領域を覆っており、反射部が、角部のうち第２面側の稜線近傍領域の少なくとも一部にはみ出している。
【０００７】
上記虚像表示装置では、反射部は、第３面の下地面と第２面との間の角部のうち第３面側の稜線近傍領域を覆っているので、角部のうち第３面側の稜線近傍領域（すなわち第３面内の導光部側の周辺部）で画像光の反射率が低下することを抑制でき、観察される画像において例えば縦方向に延びる帯状の輝度斑が発生することを抑制できる。つまり、上記虚像表示装置では、第３面において第２面側の隣接面との境界に近い周辺部でも十分な反射を確保でき、輝度斑の少ない明るい画像を表示でき、反射部が、上記角部のうち第２面側の稜線近傍領域の少なくとも一部にはみ出しているので、上記角部のうち第２面側の稜線近傍領域（第１稜線近傍領域）まではみ出す又はオーバーハングするような成膜によって、上記角部のうち第３面側の稜線近傍領域（第２稜線近傍領域）においても十分な厚みを有する反射部を確実に形成することができる。
【０００８】
本発明の具体的な側面では、上記虚像表示装置において、第３面側の稜線近傍領域を覆う反射部は、非透過性の反射を行う所定以上の厚みを有する。ここで、非透過性の反射とは、透過による光量損失が実質的に存在しない状態（例えば透過率０．１％以下）を意味する。この場合、前記第３面側の稜線近傍領域のうち、特に第３面側で漏光が生じることを確実に防止できる。
【０００９】
本発明の別の側面では、反射部が、上記角部のうち第２面側の稜線近傍領域の少なくとも一部にはみ出している。この場合、上記角部のうち第２面側の稜線近傍領域（第１稜線近傍領域）まではみ出す又はオーバーハングするような成膜によって、上記角部のうち第３面側の稜線近傍領域（第２稜線近傍領域）においても十分な厚みを有する反射部を確実に形成することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、角部のうち第２面側の稜線近傍領域において、反射部のはみ出し幅は、０．１ｍｍ以下である。この場合、反射部の第２面側へのはみ出し量を抑えることになり、第２面での画像光の全反射効率が相対的に低下することを防止できる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、反射部の透過率が、第３面側の稜線近傍領域において、又は第３面側の稜線近傍領域から第２面側のはみ出し幅に対応する部分にかけて、１％以下である。この場合、反射率を高めて光の利用効率低下を抑えることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、導光装置が、光入射部と導光部と光射出部とを一体的なブロック状部材として有し、光射出部が、第１及び第２面のいずれかに隣接し第１及び第２面のいずれかに対して鈍角をなす第４面を有する。この場合、光入射部の第３面で反射された画像光が導光部の第１及び第２面で全反射されつつ伝搬され、光射出部の第４面で反射されて虚像として観察者の眼に入射する。なお、光入射部と導光部と光射出部とを一体的なブロック状部材とすることにより、射出成形技術を利用して導光装置を高精度で形成することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、反射部は、アルミニウムで形成されている。アルミニウムは成膜が容易であり、比較的高い反射率を有しており、安価に画質を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る虚像表示装置の製造方法は、画像光を形成する画像表示装置と、画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と、光入射部から取り込まれた画像光を互いに対向して平行に延びる第１及び第２面での全反射により導く導光部と、導光部を経た画像光を外部に取出す光射出部とを有する導光装置とを備える虚像表示装置の製造方法であって、光入射部が第２面に対して鈍角をなすとともに付随する反射部によって画像光を反射する第３面を有し、第３面の下地面と第２面との間の角部のうち第３面側の稜線近傍領域において、反射部を形成する。
【００１５】
上記製造方法では、反射部は、第３面の下地面と第２面との間の角部のうち第３面側の稜線近傍領域を覆っているので、角部のうち第３面側の稜線近傍領域で画像光の反射率が低下し、観察される画像において縦方向に延びる帯状の輝度斑が発生することを防止できる。つまり、第３面において第２面側の隣接面との境界に近い周辺部でも十分な反射を確保でき、輝度斑の少ない明るい画像を表示できる。
【００１６】
本発明の具体的な側面では、上記製造方法において、第３面側の稜線近傍領域を覆う反射部は、非透過性の反射を行う所定以上の厚みを有する。
【００１７】
本発明の別の側面では、反射部の形成に際して、第２面と第３面の下地面との間に延在する角部のうち第２面側の稜線近傍領域（第１稜線近傍領域）まで成膜を行う。
【００１８】
本発明のさらに別の側面では、反射部の形成に際して、第２面のうち稜線近傍領域（第１稜線近傍領域）の外側に膜物質の被着を防止するマスクを配置する。
【００１９】
本発明のさらに別の側面では、アルミニウムの成膜によって反射部を形成する。アルミニウムは、例えば蒸着によって成膜される。メッキ、コート、スプレー方式、ディップ方式、ロールコート、湿式等による成膜も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の虚像表示装置を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、虚像表示装置を構成する第１表示装置の本体部分の平面図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。
【図３】（Ａ）は、導光装置の光入射部における第３面の構造を説明する図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、導光装置の導光部における第１、２面の構造を説明する図であり、（Ｄ）は、導光装置の光射出部における第４面の構造を説明する図である。
【図４】（Ａ）は、縦の第１方向に関する光路を展開した概念図であり、（Ｂ）は、横の第２方向に関する光路を展開した概念図である。
【図５】虚像表示装置の光学系における光路を具体的に説明する平面図である。
【図６】（Ａ）は、液晶表示デバイスの表示面を示し、（Ｂ）は、観察者に見える液晶表示デバイスの虚像を概念的に説明する図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。
【図７】（Ａ）は、第２及び第３面の境界での反射状態を説明する部分拡大断面図であり、（Ｂ）は、第２及び第３面の境界を説明する部分拡大視図であり、（Ｃ））は、導光体の全体斜視図である。
【図８】（Ａ）は、実施例における第２及び第３面の境界での反射率を説明する図であり、（Ｂ）は、比較例における第２及び第３面の境界での反射率を説明する図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、反射部の形成工程等を説明する図である。
【図１０】反射部の成膜工程を説明する図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２実施形態に係る虚像表示装置を説明する図である。
【図１２】第３実施形態に係る虚像表示装置を説明する図である。
【図１３】（Ａ）は、第４実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、導光装置の正面図及び平面図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、角度変換部の構造及び角度変換部における画像光の光路について説明するための模式的な図である。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）は、第５実施形態の虚像表示装置の一部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。
【００２２】
〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す第１実施形態の虚像表示装置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であり、この虚像表示装置１００を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識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観察させることができる。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を覆う光学パネル１１０と、光学パネル１１０を支持するフレーム１２１と、フレーム１２１のヨロイからテンプルにかけての部分に付加された第１及び第２駆動部１３１，１３２とを備える。ここで、光学パネル１１０は、第１パネル部分１１１と第２パネル部分１１２とを有し、両パネル部分１１１，１１２は、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面上で左側の第１パネル部分１１１と第１駆動部１３１とを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２パネル部分１１２と第２駆動部１３２とを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。なお、第１駆動部１３１と第２駆動部１３２とは、遮光用及び保護用のケース１４１に個別に収納されている。
【００２３】
〔Ｂ．表示装置の構造〕
図２（Ａ）等に示すように、第１表示装置１００Ａは、画像形成装置１０と、導光装置２０とを備える。ここで、画像形成装置１０は、図１における第１駆動部１３１に相当し、導光装置２０は、図１における第１パネル部分１１１に相当する。画像形成装置１０については、図１におけるケース１４１を除いた本体部分を図示している。図２（Ａ）において、導光装置２０の部分は、図２（Ｂ）のＡＡ矢視断面図となっている。なお、図１に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。
【００２４】
画像形成装置１０は、画像表示装置１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、画像表示装置１１は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置３１と、透過型の画像光形成部である液晶表示デバイス（液晶表示素子）３２と、照明装置３１及び液晶表示デバイス３２の動作を制御する駆動制御部３４とを有する。
【００２５】
照明装置３１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する発光部である光源３１ａと、光源３１ａからの光を拡散させて矩形断面の２次元的な広がりを有する光束にするバックライト導光部３１ｂとを有する。液晶表示デバイス（画像光形成部）３２は、照明装置３１からの照明光ＳＬを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部３４は、光源駆動回路３４ａと、液晶駆動回路３４ｂとを備える。光源駆動回路３４ａは、照明装置３１の光源（発光部）３１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。液晶駆動回路３４ｂは、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの画像光を形成する。なお、液晶駆動回路３４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。
【００２６】
液晶表示デバイス３２において、第１方向Ｄ１は、投射光学系１２を通る第１光軸ＡＸ１に垂直であって、後述する導光部材２１の第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとの交線（稜２１ｕ）に平行な方向であり、第２方向Ｄ２は、第１光軸ＡＸ１に垂直であって、上記第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとの交線（稜２１ｕ）に垂直な方向となっている。つまり、液晶表示デバイス３２の位置において、第１方向Ｄ１は、縦のＹ方向に相当し、第２方向Ｄ２は、横のＸ方向に相当する。なお、第１方向Ｄ１は、画像形成装置１０においても後述する導光部材２１においてもＹ方向に平行になっており、後者の導光部材２１の非折り返し方向又は非閉じ込め方向に対応するものとなっている。一方、第２方向Ｄ２は、画像形成装置１０においてＸ方向に平行になっているが、後述する導光部材２１においてＺ方向に平行になっており、折り返し方向又は閉じ込め方向に対応するものとなっている。
【００２７】
投射光学系１２は、液晶表示デバイス３２上の各点から射出された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。投射光学系１２は、例えばレンズ群Ｌ１〜Ｌ３を有し、レンズ群Ｌ１〜Ｌ３を周囲から支持する鏡筒１２ａは、図１のケース１４１内に収納されている。各レンズ群Ｌ１〜Ｌ３を構成する各レンズの光学面は、第１光軸ＡＸ１のまわりに回転対称な球面又は非球面形状を有しており、第１方向Ｄ１の集光特性と第２方向Ｄ２の集光特性とは等しくなっている。
【００２８】
導光装置２０は、導光部材２１と光透過部材２３とを接合したものであり、全体としてＸＹ面に平行に延びる平板状の光学部材を構成している。
【００２９】
導光装置２０のうち、導光部材２１は、平面視において台形のプリズム状部材であり、側面として、第１反射面（第１面）２１ａと、第２反射面（第２面）２１ｂと、第３反射面（第３面）２１ｃと、第４反射面（第４面）２１ｄとを有する。また、導光部材２１は、第１、第２、第３、及び第４反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに隣接するとともに互いに対向する第１の側面２１ｅと第２の側面２１ｆとを有する。ここで、第１及び第２反射面（第１及び第２面）２１ａ，２１ｂは、ＸＹ面に沿って延び、導光部材２１の厚みｔだけ離間する。また、第３反射面（第３面）２１ｃは、ＸＹ面に対して４５°以下の鋭角αで傾斜しており、第４反射面（第４面）２１ｄは、ＸＹ面に対して例えば４５°以下の鋭角βで傾斜している。見方を変えれば、第３反射面２１ｃは、第２反射面２１ｂに対して鈍角ηをなしており、第４反射面２１ｄも、第２反射面２１ｂに対して鈍角εをなしている。第３反射面２１ｃを通る第１光軸ＡＸ１と第４反射面２１ｄを通る第２光軸ＡＸ２とは平行に配置され距離Ｄだけ離間している。なお、第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとの間には、稜を除去するように端面２１ｈが設けられている。また、第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとの間には、稜を除去するように端面２１ｉが設けられている。一方、第２反射面２１ｂと第３反射面２１ｃとの間には、Ｙ方向に延びる稜２１ｕが残っており、第２反射面２１ｂと第４反射面２１ｄとの間にも、Ｙ方向に延びる稜２１ｖが残っている。結果的に、導光部材２１は、稜を除去した端面２１ｈ，２１ｉも含めると、８面の多面体状の外形を有するものとなっている。
【００３０】
導光部材２１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射を利用して導光を行うものであり、導光に際して反射によって折り返される方向と、導光に際して反射によって折り返されない方向とがある。導光部材２１で導光される画像について考えた場合、導光に際して複数回の反射によって折り返されつつ伝搬する横方向すなわち閉じ込め方向は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに垂直（Ｚ軸に平行）で、光源側まで光路を展開した場合に、液晶表示デバイス３２の第２方向Ｄ２に相当する。一方、導光に際して反射によって折り返されないで伝搬する縦方向すなわち非閉じ込め方向は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ及び第３反射面２１ｃに平行（Ｙ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、液晶表示デバイス３２の第１方向Ｄ１に相当する。なお、導光部材２１において、伝搬される光束が全体として向かう主導光方向は、−Ｘ方向に平行になっている。
【００３１】
導光部材２１は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。導光部材２１は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材であり、例えば熱又は光重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化光又は硬化させることで形成されている。このように導光部材（ブロック状部材）２１は、一体形成品であるが、機能的に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができる。
【００３２】
光入射部Ｂ１は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光入射面ＩＳと、光入射面ＩＳに対向する第３反射面２１ｃとを有する。光入射面ＩＳは、画像形成装置１０からの画像光ＧＬを取り込むための裏側又は観察者側の平面であり、投射光学系１２に対向してその第１光軸ＡＸ１に垂直に延びている。第３反射面２１ｃは、矩形の輪郭を有し、その矩形領域の略全体に亘って、光入射面ＩＳを通過した画像光ＧＬを反射して導光部Ｂ２内に導くための非透過性の反射部であるミラー層２５を有する。
【００３３】
図３（Ａ）は、第３反射面２１ｃを説明する図であり、光入射部Ｂ１における表面部分ＳＰ１の部分拡大断面図である。第３反射面２１ｃは、ミラー層（反射部）２５を有し保護層２６で被覆されている。このミラー層２５は、全反射のコーティングであり、導光部材２１の本体部分２１ｓの斜面ＲＳ上にＡｌ（アルミニウム）等の成膜を施すことにより形成される。具体的には、ミラー層２５は、蒸着によって形成され、０．５〜１μｍ程度の厚みを有する。第３反射面２１ｃは、投射光学系１２の第１光軸ＡＸ１又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光ＧＬを、全体として−Ｚ方向寄りの−Ｘ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光ＧＬを導光部Ｂ２内に確実に結合させる。なお、ミラー層２５の下地として、予めハードコート層を形成することもできる。
【００３４】
図２（Ａ）等に戻って、導光部Ｂ２は、互いに対向しＸＹ面に平行に延びる２平面として、光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる第１反射面２１ａと第２反射面２１ｂとを有している。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂの間隔すなわち導光部材２１の厚みｔは、例えば９ｍｍ程度とされている。ここでは、第１反射面２１ａが画像形成装置１０に近い裏側又は観察者側にあるものとし、第２反射面２１ｂが画像形成装置１０から遠い表側又は外界側にあるものとする。この場合、第１反射面２１ａは、上記の光入射面ＩＳや後述する光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、屈折率差を利用する全反射面であり、その表面には、ミラー層等の非透過性の反射コートが施されていない。
【００３５】
図３（Ｂ）は、第１反射面２１ａを説明する図であり、導光部材２１の導光部Ｂ２における表面部分ＳＰ２の部分拡大断面図である。また、図３（Ｃ）は、第２反射面２１ｂを説明する図であり、導光部材２１の導光部Ｂ２における表面部分ＳＰ３の部分拡大断面図である。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止するため、ハードコート層２７で被覆された構造を有する。このハードコート層２７は、導光部材２１の本体部分２１ｓの平坦面ＦＳ上に樹脂等からなるコート剤をディップ処理やスプレーコート処理によって成膜することによって形成される。
【００３６】
図２（Ａ）等に戻って、光入射部Ｂ１の第３反射面２１ｃで反射された画像光ＧＬは、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光ＧＬは、第２反射面２１ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、全体として導光装置２０の奥側の主導光方向即ち光射出部Ｂ３を設けた−Ｘ側に導かれる。なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂには非透過性又は半透過性の反射コートが施されていないため、外界側から第２反射面２１ｂに入射する外界光又は外光は、高い透過率で導光部Ｂ２を通過する。つまり、導光部Ｂ２は、外界像の透視が可能なシースルータイプになっている。
【００３７】
光射出部Ｂ３は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光射出面ＯＳと、光射出面ＯＳに対向する第４反射面２１ｄとを有する。光射出面ＯＳは、画像光ＧＬを観察者の眼ＥＹに向けて射出するための裏側の平面であり、光入射面ＩＳと同様に第１反射面２１ａの一部となっており、第２光軸ＡＸ２に垂直に延びている。光射出部Ｂ３を通る第２光軸ＡＸ２と光入射部Ｂ１を通る第１光軸ＡＸ１との距離Ｄは、観察者の頭部の幅等を考慮して例えば５０ｍｍに設定されている。第４反射面２１ｄは、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを反射して光射出部Ｂ３外に射出させるための略矩形の平坦面である。第４反射面２１ｄには、ハーフミラー層２８が付随している。このハーフミラー層２８は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）２８は、導光部材２１の本体部分２１ｓの斜面ＲＳ上に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る。ハーフミラー層２８の画像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＧＬ'の観察を容易にする観点で、想定される画像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層２８の画像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、画像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。
【００３８】
図３（Ｄ）は、第４反射面２１ｄ及びその周辺の構造を説明する図であり、ハーフミラー層（半透過反射膜）２８の断面の拡大図を付随させている。図からも明らかなように、ハーフミラー層（半透過反射膜）２８は、金属反射膜２８ａと、第１誘電体多層膜２８ｂと、第２誘電体多層膜２８ｃとを、金属反射膜２８ａが中央となるように積層したサンドイッチ構造を有する。金属反射膜２８ａは、例えばＡｇ、Ａｌ等の材料で形成されている。下側の第１誘電体多層膜２８ｂや上側の第２誘電体多層膜２８ｃは、例えば透明な誘電体層を数層以上積層したものであり、金属反射膜２８ａの角度特性等を改善する。ただし、これらの誘電体多層膜２８ｂ，２８ｃについては省略することもできる。
【００３９】
図２（Ｂ）等に戻って、第４反射面２１ｄは、第１反射面２１ａに垂直な第２光軸ＡＸ２又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、上記ハーフミラー層２８により、導光部Ｂ２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを部分的に反射して全体として−Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、光射出面ＯＳを通過させる。なお、第４反射面２１ｄを透過した画像光ＧＬは、光透過部材２３に入射し、映像の形成には利用されない。
【００４０】
光透過部材２３は、導光部材２１の本体と同一の屈折率を有し、第１面２３ａと、第２面２３ｂと、第３面２３ｃとを有する。第１及び第２面２３ａ，２３ｂは、ＸＹ面に沿って延びる。また、第３面２３ｃは、ＸＹ面に対して傾斜しており、導光部材２１の第４反射面２１ｄに対向して平行に配置されている。つまり、光透過部材２３は、第２面２３ｂと第３面２３ｃとに挟まれた楔状の部分２３ｖを有する部材となっている。光透過部材２３は、導光部材２１と同様に、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。光透過部材２３は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材であり、例えば熱重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化させることで形成されている。
【００４１】
光透過部材２３において、第１面２３ａは、導光部材２１に設けた第１反射面２１ａの延長平面上に配置され、観察者の眼ＥＹに近い裏側にあり、第２面２３ｂは、導光部材２１に設けた第２反射面２１ｂの延長平面上に配置され、観察者の眼ＥＹから遠い表側にある。第３面２３ｃは、接着剤によって導光部材２１の第４反射面２１ｄに接合される矩形の透過面である。以上の第１面２３ａと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第４反射面２１ｄとのなす角度εと等しくなっており、第２面２３ｂと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとのなす角度βと等しくなっている。
【００４２】
光透過部材２３と導光部材２１とは、両者の接合部分及びその近傍において、観察者の眼前に対向する部位において、透視部Ｂ４を構成している。光透過部材２３のうち、互いに鋭角を成す第２面２３ｂと第３面２３ｃとに挟まれて−Ｘ方向に広がる楔状の部分２３ｖは、同様に楔状の光射出部Ｂ３と接合されることにより、全体として平板状の透視部Ｂ４におけるＸ方向に関する中央部分を構成する。第１及び第２面２３ａ，２３ｂには、ミラー層等の反射コートが施されていないため、導光部材２１の導光部Ｂ２と同様に外界光ＧＬ'を高い透過率で透過させる。第３面２３ｃも、外界光ＧＬ'を高い透過率で透過可能であるが、導光部材２１の第４反射面２１ｄがハーフミラー層２８を有していることから、第３面２３ｃを通過する外界光ＧＬ'は、ハーフミラー層２８において例えば２０％減光される。つまり、観察者は、２０％に減光された画像光ＧＬと８０％に減光された外界光ＧＬ'とを重畳させたものをハーフミラー層２８越しに観察することになる。なお、第１及び第２面２３ａ，２３ｂは、ハードコート層で被覆れた構造とすることもできる。
【００４３】
〔Ｃ．画像光の光路の概要〕
図４（Ａ）は、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２の縦断面ＣＳ１に対応する第１方向Ｄ１の光路を説明する図である。第１方向Ｄ１に沿った縦断面すなわちＹＺ面（展開後のＹ'Ｚ'面）において、液晶表示デバイス３２から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域３２ｂの上端側（＋Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬａとし、図中二点差線で示す表示領域３２ｂの下端側（−Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬｂとする。
【００４４】
上側の画像光ＧＬａは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に略沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度φ１の上方向から傾いて入射する。一方、下側の画像光ＧＬｂは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に略沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度φ２（｜φ２｜＝｜φ１｜）の下方向から傾いて入射する。以上の角度φ１，φ２は、上下の半画角に相当し、例えば６．５°に設定される。
【００４５】
第１方向Ｄ１の縦方向に関して、導光装置２０は、投射光学系１２による結像に実質的な影響を及ぼさず、投射光学系１２は、液晶表示デバイス３２の無限遠像を形成し、対応する像光を観察者の眼ＥＹに入射させる。
【００４６】
図４（Ｂ）は、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２の横断面ＣＳ２に対応する第２方向（閉じ込め方向又は合成方向）Ｄ２の光路を説明する図である。第２方向Ｄ２に沿った横断面ＣＳ２すなわちＸＺ面（展開後のＸ'Ｚ'面）において、液晶表示デバイス３２から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域３２ｂに向かって右端側（＋Ｘ側）の第１表示点Ｐ１から射出される成分を画像光ＧＬ１とし、図中二点差線で示す表示領域３２ｂに向かって左端側（−Ｘ側）の第２表示点Ｐ２から射出される成分を画像光ＧＬ２とする。
【００４７】
右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１は、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に略沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度θ１の右向から傾いて入射する。一方、左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２は、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に略沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度θ２（｜θ２｜＝｜θ１｜）の左方向から傾いて入射する。以上の角度θ１，θ２は、左右の半画角に相当し、例えば１０°に設定される。
【００４８】
第２方向Ｄ２の横方向に関して、導光部材２１は、画像光ＧＬ１，ＧＬ２を反射によって折り返えし、その際の反射回数が液晶表示デバイス３２上の位置に応じて異なることから、各画像光ＧＬ１，ＧＬ２が導光部材２１中で不連続に表現されている。結果的に、横方向に関しては、全体として画面が左右反転するが、後に詳述するように導光部材２１を高精度に加工することで、液晶表示デバイス３２の右半分の画像と液晶表示デバイス３２の左半分の画像とが切れ目なく連続してズレなくつなぎ合わされたものとなる。なお、両画像光ＧＬ１，ＧＬ２の導光部材２１内での反射回数が互いに異なることを考慮して、右側の画像光ＧＬ１の射出角度θ１'と左側の画像光ＧＬ２の射出角度θ２'とは異なるものに設定されている。
【００４９】
以上により、観察者の眼ＥＹに入射する画像光ＧＬａ，ＧＬｂ，ＧＬ１，ＧＬ２は、無限遠からの虚像となっており、縦の第１方向Ｄ１に関しては液晶表示デバイス３２に形成された映像が正立し、横の第２方向Ｄ２に関しては液晶表示デバイス３２に形成された映像が反転する。
【００５０】
〔Ｄ．横方向に関する画像光の光路〕
図５は、第１表示装置１００Ａにおける横の第２方向Ｄ２での具体的な光路を説明する断面図である。
【００５１】
液晶表示デバイス３２の中央及び右側の表示点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ１'からの画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、一部詳細を省略しているが、投射光学系１２を通過することで平行光束化され、導光部材２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材２１内に導かれた画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいてそれぞれに固有の全反射角で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、それぞれ平行光束として導光部材２１の第３反射面２１ｃで反射された後、比較的大きな反射角で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される（第１回目の全反射）。その後、画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第２回目の全反射）、次いで再度第１反射面２１ａに入射して全反射される（第３回目の全反射）。結果的に、画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて計３回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。これらの画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、この第４反射面２１ｄにおいて最初の第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して最大で角度θ１の傾き状態で平行光束として射出される。
【００５２】
液晶表示デバイス３２の中央及び左側の表示点Ｐ０，Ｐ２からの画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、投射光学系１２を通過することで平行光束化され、導光部材２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材２１内に導かれた画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいてそれぞれに固有の全反射角で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、平行光束として導光部材２１の第３反射面２１ｃで反射された後、比較的大きな全反射角で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される（第１回目の全反射）。その後、画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第２回目の全反射）、再度第１反射面２１ａに入射して全反射され（第３回目の全反射）、再度第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第４回目の全反射）、再々度第１反射面２１ａに入射して全反射される（第５回目の全反射）。結果的に、画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて計５回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。これらの画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、この第４反射面２１ｄにおいて最初の第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して最大で角度θ２の傾き状態で平行光束として射出される。
【００５３】
図５において、導光部材２１を展開した場合に第１反射面２１ａに対応する仮想的な第１面１２１ａと、導光部材２１を展開した場合に第２反射面２１ｂに対応する仮想的な第２面１２１ｂとを描いている。このように展開することにより、表示点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ１'からの画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ'を通過した後、第１面１２１ａを２回通過し第２面１２１ｂを１回通過して光射出面ＯＳから射出されて観察者の眼ＥＹに入射するものとなっており、表示点Ｐ０，Ｐ２からの画像光ＧＬ０２，ＧＬ２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ"を通過した後、第１面１２１ａを３回通過し第２面１２１ｂを２回通過して光射出面ＯＳから射出されて観察者の眼ＥＹに入射するものとなっている。見方を変えると、観察者は、２つの位置の異なる入射等価面ＩＳ'，ＩＳ"の近傍に存在する投射光学系１２の射出端のレンズ群Ｌ３を重ねて観察していることになる。
【００５４】
図６（Ａ）は、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２の表示面を概念的に説明する図であり、図６（Ｂ）は、観察者に見える液晶表示デバイス３２の虚像を概念的に説明する図であり、図６（Ｃ）及び６（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。図６（Ａ）に示す液晶表示デバイス３２に設けた矩形の画像形成領域ＡＤは、図６（Ｂ）に示す虚像表示領域ＡＩとして観察される。虚像表示領域ＡＩの左側には、画像形成領域ＡＤのうち中央から右側にかけての部分に相当する第１投射像ＩＭ１が虚像として形成され（図６（Ｃ）参照）、この第１投射像ＩＭ１は、右側が欠けた部分画像となっている。また、虚像表示領域ＡＩの右側には、液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤのうち中央から左側にかけての部分に相当する投射像ＩＭ２が虚像として形成され（図６（Ｄ）参照）、この第２投射像ＩＭ２は、左側が欠けた部分画像となっている。
【００５５】
図６（Ａ）に示す液晶表示デバイス３２のうち第１投射像（虚像）ＩＭ１のみを形成する第１部分領域Ａ１０は、例えば液晶表示デバイス３２の右端の第１表示点Ｐ１を含んでおり、導光部材２１の導光部Ｂ２において合計３回全反射される画像光ＧＬ０１，ＧＬ１，ＧＬ３を射出する。液晶表示デバイス３２のうち第２投射像（虚像）ＩＭ２のみを形成する第２部分領域Ａ２０は、例えば液晶表示デバイス３２の左端の第２表示点Ｐ２を含んでおり、導光部材２１の導光部Ｂ２において合計５回全反射される画像光ＧＬ０２，ＧＬ２を射出する。液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤの中央寄りにおいて第１及び第２部分領域Ａ１０，Ａ２０に挟まれて縦長に延びる帯域ＳＡからの画像光は、図６（Ｂ）に示す重複画像ＳＩを形成している。つまり、液晶表示デバイス３２の帯域ＳＡからの画像光は、導光部Ｂ２において計３回全反射される画像光ＧＬ０１，ＧＬ３等によって形成される第１投射像ＩＭ１と、導光部Ｂ２において計５回全反射される画像光ＧＬ０２等によって形成される第２投射像ＩＭ２となって、虚像表示領域ＡＩ上で重畳していることになる。導光部材２１の加工が精密で、投射光学系１２によって正確にコリメートされた光束が形成されているならば、重複画像ＳＩについて、２つの投射像ＩＭ１，ＩＭ２の重畳によるズレや滲みを防止することができる。
【００５６】
以下、図５に戻って、液晶表示デバイス３２の中央の表示点Ｐ０から射出される光束についてより詳細に説明する。中央の表示点Ｐ０から射出される画像光ＧＬ０１，ＧＬ０２は、導光部材２１中を２つのモードで個別に伝搬する。つまり、平面視で時計回りに傾いて射出された画像光ＧＬ０１は、光射出面ＯＳを通過して第３反射面２１ｃのうち第２反射面２１ｂとの間の稜２１ｕに隣接する領域に入射し、第１反射面２１ａに向けて反射される。一方、平面視で反時計回りに傾いて射出された別の画像光ＧＬ０２は、光射出面ＯＳを通過して第３反射面２１ｃのうち第１反射面２１ａとの間の端面２１ｈに近い領域に入射し、第１反射面２１ａに向けて反射される。ここで、第３反射面２１ｃのうち稜２１ｕの近くに入射する画像光ＧＬ０１は、導光部Ｂ２内で３回反射されて第４反射面２１ｄに入射し、この第４反射面２１ｄで部分的に反射され、光射出面ＯＳを介して観察者の眼ＥＹに入射する。また、第３反射面２１ｃのうち端面２１ｈの近くに入射する画像光ＧＬ０２は、光入射面ＩＳを兼ねる第１反射面２１ａに入射して全反射され、第２反射面２１ｂのうち第３反射面２１ｃとの間の稜２１ｕに隣接する領域に入射して再度全反射される。結果的に、画像光ＧＬ０２は、導光部Ｂ２内で５回反射されて第４反射面２１ｄに入射し、この第４反射面２１ｄで部分的に反射され、光射出面ＯＳを介して観察者の眼ＥＹに入射する。２つの画像光ＧＬ０１，ＧＬ０２は、いずれも液晶表示デバイス３２の中央の表示点Ｐ０から射出されるものであるが、導光部材２１中を異なる２つのモードで伝搬し、最終的に第４反射面２１ｄで繋ぎ合わされるとともに第２光軸ＡＸ２に沿って射出され、観察者の眼ＥＹに重ね合わされた状態で入射する。
【００５７】
以上のように、液晶表示デバイス３２の中央の表示点Ｐ０から横方向に異なる角度で射出される画像光ＧＬ０１，ＧＬ０２は、第３反射面２１ｃの中央ではなく周辺側で反射される。さらに、これらの画像光ＧＬ０１，ＧＬ０２は、第２反射面２１ｂと第３反射面２１ｃとの間の稜２１ｕを挟んで互いに隣接している第３反射面２１ｃ側の隣接領域（以下、第２稜線近傍領域とも呼ぶ）と、第２反射面２１ｂ側の隣接領域（以下、第１稜線近傍領域とも呼ぶ）とに個別に入射することになり、結果的に繋ぎ合わされる。このことから、稜２１ｕを挟む第３反射面２１ｃ側の隣接領域と第２反射面２１ｂ側の隣接領域とで十分な反射率が確保されなければ、画像光ＧＬ０１，ＧＬ０２の損失が増大し、液晶表示デバイス３２の中央部（例えば図６（Ｂ）に示す重複画像ＳＩ内に延びる縦長の帯状部）の輝度が低下することになる。本願発明者は、第２反射面２１ｂと第３反射面２１ｃとの間の稜２１ｕを挟む隣接領域で相対的に反射率が低下する傾向があり、観察される虚像の画面の中央に縦に延びる帯状の暗部が形成され易いことを実験的に確かめた。本願発明者は、このような現象を回避するため、後述するように稜２１ｕを挟む隣接領域で反射率を高く維持する工夫行って、観察される虚像画面の中央に縦に延びる帯状の暗部が形成される現象を抑制できることを実験的に確認した。
【００５８】
参考のため、液晶表示デバイス３２の周辺寄りの表示点Ｐ１'から射出される光束についても説明する。周辺寄りの表示点Ｐ１'から射出される画像光ＧＬ３は、導光部材２１中を単一のモードで伝搬する。つまり、平面視で時計回りに傾いて射出された画像光ＧＬ３は、光射出面ＯＳを通過して第３反射面２１ｃのうち左右の中央領域に入射し、第１反射面２１ａに向けて反射される。この画像光ＧＬ３は、導光部Ｂ２内で３回反されて第４反射面２１ｄに入射し、この第４反射面２１ｄで部分的に反射され、光射出面ＯＳを介して左に傾いた方向から観察者の眼ＥＹに入射する。このように、液晶表示デバイス３２の周辺からの光束は、第３反射面２１ｃの中央領域に入射し、繋ぎ合わされることもなく、輝度低下が顕著になる現象が生じにくい。
【００５９】
〔Ｅ．輝度斑の抑制法〕
図７（Ａ）及び７（Ｃ）は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第３反射面２１ｃとの境界周辺で反射率を高めて輝度斑を抑える手法を説明する部分拡大断面図及び部分拡大斜視図である。図からも明らかなように、第３反射面２１ｃを構成するミラー層（反射部）２５は、稜２１ｕを越えて第２反射面２１ｂ側にはみ出す或いはオーバーハングするように形成されている。つまり、ミラー層２５は、第３反射面２１ｃの下地面１２１ｃだけでなく、第２反射面２１ｂと第３反射面２１ｃの下地面１２１ｃとの間に延在する角部２１ｒのうち第２反射面２１ｂ側の第１稜線近傍領域ＲＥ１にまではみ出して形成されている。結果的に、ミラー層２５のうち、第２反射面２１ｂと第３反射面２１ｃとの境界及びその周辺に延在する角部２１ｒにおいて、第３反射面２１ｃ側の第２稜線近傍領域ＲＥ２にある本体層２５ａは、ミラーとして十分な厚み（具体的には５０ｎｍ以上の厚み）を有する。これにより、ミラー層２５は、十分な厚みが確保された状態となって、第２稜線近傍領域ＲＥ２においても画像光ＧＬ０１の反射率を高く維持し透過率を低く抑えることができ、非透過性の反射を可能にするものとなっている。ミラー層（反射部）２５のうち第１稜線近傍領域ＲＥ１にあるはみ出し層２５ｂは、第２反射面２１ｂの端部の稜２１ｕ側を覆っており、第２反射面２１ｂの上に重ねて配置されている。結果的に、はみ出し層２５ｂの外縁は、第２反射面２１ｂの端部において段差を形成している。
【００６０】
さらに、ミラー層２５の第２反射面２１ｂ側へのはみ出し幅ｈは、非常に僅かなものとなっており、図７（Ｃ）の全体斜視図では、ミラー層２５の第２反射面２１ｂへのはみ出しがほとんど殆ど存在しないように見える。つまり、ミラー層２５のうち、角部２１ｒにおいて第２反射面２１ｂ側の第１稜線近傍領域ＲＥ１にあるはみ出し層２５ｂは、全体からすれば狭く細いものとなっている。具体的には、ミラー層２５のはみ出し層２５ｂの角部２１ｒに垂直なＸ方向におけるはみ出し幅ｈは、０．１ｍｍ以下である。このように、ミラー層２５のはみ出し量を抑えることにより、第２反射面２１ｂで画像光ＧＬ０２の全反射効率が下がることを防止できる。
【００６１】
図８（Ａ）は、導光部材２１の角部２１ｒでの画像光の反射を概念的に説明するグラフである。実線で示すように、稜２１ｕよりも第３反射面２１ｃ側（本体層２５ａに対応する部分）では、ミラー層（反射部）２５が十分な厚みで導光部材２１の本体１２１を被覆しており、画像光ＧＬ０１に対する比較的高い反射率（例えば８５％以上）が確保されている。また、稜２１ｕよりも第２反射面２１ｂ側では、ミラー層２５の被覆が存在する領域（はみ出し層２５ｂに対応する部分）で画像光ＧＬ０２に対する比較的高い反射率（例えば８５％以上）が確保され、かつ、ミラー層２５の被覆が存在しない領域でさらに高い反射率（具体的には略１００％）が確保されている。つまり、ミラー層２５の第２反射面２１ｂ側へのはみ出し幅ｈが少なく抑えられており、画像光ＧＬ０２を観察者が見た場合に、輝度斑がほとんど認識できない状態となる。なお、導光部材２１の本体１２１は、樹脂製のブロック状部材である基材とすることもできるが、このような樹脂製の基材の表面に予めハードコート層を形成したものとすることもできる。本体１２１がハードコート層を形成していない樹脂製の基材である場合、例えば、ミラー層２５の形成後にこのミラー層２５で部分的に被覆された本体１２１をハードコート層で全体的に被覆することができる。
【００６２】
図８（Ｂ）は、比較例を概念的に説明するグラフである。この場合、一点鎖線は、ミラー層２５の第２反射面２１ｂ側へのはみ出し幅ｈが多く、第１稜線近傍領域ＲＥ１を大幅に越えている場合を説明している。この結果、角部２１ｒの第２稜線近傍領域ＲＥ２側での反射率の低下は無いが、角部２１ｒの２反射面２１ｂ側又は第１稜線近傍領域ＲＥ１での反射率低下が著しく、結果的に画像光の輝度損失が増大し、輝度斑が発生してしまう。また、二点鎖線は、ミラー層２５の第２稜線近傍領域ＲＥ２における膜厚が不十分で、ミラー層２５が透過性を示している場合を説明している。この結果、第２反射面２１ｂでの反射率低下は無いが、稜２１ｕよりも第３反射面２１ｃ側の第２稜線近傍領域ＲＥ２において著しい反射率低下が観察され、観察者が見た場合に大きな輝度斑が確認できる状態となる。
【００６３】
〔Ｆ．ミラー層等の形成〕
以下、図９を参照して、導光部材２１の第３反射面２１ｃ等を構成するミラー層２５の形成工程を説明する。
【００６４】
図９（Ａ）に示すように、まず導光部材２１の基材である樹脂製の本体１２１を準備し、第２反射面２１ｂのうち第３反射面２１ｃとなるべき下地面１２１ｃに近い領域を接着型のマスク１６１で被覆する。この際、角部２１ｒのうち第２反射面２１ｂ側の第１稜線近傍領域ＲＥ１の部分を幾分露出させるようにする。
【００６５】
次に、図９（Ｂ）に示すように、マスク１６１を貼り付けたままで、第３反射面２１ｃとなるべき下地面１２１ｃに対して成膜を行って、ミラー層１２５を形成する。このミラー層１２５は、下地面１２１ｃだけでなく、第２反射面２１ｂ側に広がってマスク１６１の表面領域を覆うように堆積される。
【００６６】
ここで、ミラー層１２５は、例えば真空蒸着等を利用して成膜される。すなわち、図１０に示すように、導光部材２１の本体１２１をホルダー８１に固定し、Ａｌ（アルミニウム）等の蒸着源８２を動作させて、真空蒸着を行う。この際、ホルダー８１又は導光部材２１の下地面１２１ｃに近接して遮蔽マスク８３が配置される。これにより、蒸着源８２からの膜物質である蒸着物質ＥＭが遮断されて、第２反射面２１ｂ等に入射しなくなる。ただし、蒸着物質（膜物質）ＥＭは、遮蔽マスク８３の背後に多少回り込むので、マスク１６１上にも部分的に成膜が行われる。
【００６７】
次に、図９（Ｃ）に示すように、マスク１６１を導光部材２１の本体１２１から剥がす。これにより、図９（Ｄ）に示すように、ミラー層１２５の一部が除去され、ミラー層２５が完成する。完成したミラー層２５は、下地面１２１ｃ上の本体層２５ａと、第２反射面２１ｂ上のはみ出し層２５ｂとを備える。本体層２５ａは、図７でも説明したように、十分な厚みを有しており、例えば透過率が０．１％以下の非透過性の反射を実現し、はみ出し層２５ｂは、比較的小さなはみ出し幅ｈとなっており、第２反射面２１ｂでの全反射が低下することを防止している。
【００６８】
以上の説明では、図９（Ｂ）に示すように、マスク１６１を用いてミラー層２５を形成したが、マスク１６１を用いないでミラー層２５を形成することもできる。この場合、図１０に示す遮蔽マスク８３を導光部材２１の本体１２１に対して適正に配置することが重要となる。
【００６９】
第１実施形態の虚像表示装置１００では、第３反射面２１ｃと第２反射面２１ｂとの間に延在する角部２１ｒのうち第３反射面側２１ｃの第２稜線近傍領域ＲＥ２において、ミラー層２５が例えば透過率が０．１％以下の非透過性の反射を行なう５０ｎｍ以上の厚みを有するので、第２稜線近傍領域ＲＥ２（すなわち第３反射面２１ｃ内の導光部Ｂ２側の周辺部）で画像光の反射率が低下することを抑制でき、観察される画像において縦方向に延びる帯状の輝度斑が発生することを抑制できる。つまり、上記虚像表示装置１００では、第３反射面２１ｃにおいて第２反射面２１ｂとの境界に近い周辺部でも十分な反射を確保でき、輝度斑の少ない明るい画像を表示できる。
【００７０】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１の虚像表示装置１００と同様であるものとする。
【００７１】
図１１（Ａ）は、図２（Ａ）等に示す導光部材２１を変形した導光部材６２１を説明する図である。以上の説明では、導光部材２１を伝播する画像光が第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して２つの反射角で全反射され２つのモードで伝搬するとしたが、図１１（Ａ）に示す変形例の導光部材６２１のように、３つの成分の画像光ＧＬ３１，ＧＬ３２，ＧＬ３３が反射角γ１，γ２，γ３（γ１＞γ２＞γ３）でそれぞれ全反射されることを許容することもできる。この場合、液晶表示デバイス３２から射出される画像光ＧＬは、３つのモードで伝搬され、観察者の眼ＥＹの位置において合成されて虚像として認識される。この場合、図１１（Ｂ）に示すように、有効表示領域Ａ０の左側に例えば計３回全反射の投射像ＩＭ２１が形成され、有効表示領域Ａ０の中央寄りに例えば計５回全反射の投射像ＩＭ２２が形成され、有効表示領域Ａ０の右側に例えば計７回全反射の投射像ＩＭ２３が形成される。この場合も、詳細な説明を省略するが、第３反射面２１ｃと第２反射面２１ｂとの間に延在する角部２１ｒのうち第３反射面２１ｃ側の第２稜線近傍領域ＲＥ２において、ミラー層２５が十分な厚みを有することで、縦方向に延びる輝度斑の発生を抑えることができる。
【００７２】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１の虚像表示装置１００と同様であるものとする。
【００７３】
図１２に示すように、導光部材２１の第３反射面２１ｃは、下地面１２１ｃ上に接着剤を利用してミラー部材３２５を貼り付けることによって形成されている。このミラー部材３２５は、基板３２５ａ上にミラー層２５を成膜したものであり、ミラー層２５の面積は、第３反射面２１ｃよりも広く、下地面１２１ｃを十分に覆っている。
【００７４】
本実施形態の場合も、第３反射面２１ｃと第２反射面２１ｂとの間に延在する角部２１ｒのうち第３反射面２１ｃ側の第２稜線近傍領域ＲＥ２において、ミラー層２５が例えば０．１％以下の非透過性の反射を行なう５０ｎｍ以上の厚みを有している。
【００７５】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。
【００７６】
図１３（Ａ）〜１３（Ｃ）に示す虚像表示装置１００は、画像形成装置１０と、導光装置７２０とを一組として備える。導光装置７２０は、その一部として導光部材７２１を有している。導光部材７２１は、導光本体部２０ａと、画像取出部である角度変換部７２３とを備える。なお、図１３（Ａ）は、図１３（Ｂ）に示す導光部材７２１のＡ−Ａ断面に対応する。
【００７７】
導光部材７２１の全体的な外観は、図中ＸＹ面に平行に延びる平板である導光本体部２０ａによって形成されている。また、導光部材７２１は、側面として、第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂと、第３反射面２１ｃとを有する。また、導光部材７２１は、第１、第２及び第３反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃに隣接するとともに互いに対向する第１の側面２１ｅと第２の側面２１ｆとを有する。さらに、導光部材７２１は、長手方向の一端において導光本体部２０ａに埋め込まれた多数の微小ミラーによって構成される角度変換部７２３を有し、長手方向の他端において導光本体部２０ａを拡張するように形成されたプリズム部ＰＳ及びこれに付随する第３反射面２１ｃを有する構造となっている。導光部材７２１は、一体的な部品であるが、第１実施形態の場合と同様に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができ（図１３（Ｃ）参照）、このうち光入射部Ｂ１は、第３反射面２１ｃと後述する光入射面ＩＳとを有する部分であり、光入射部Ｂ１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを有する部分であり、導光部Ｂ２は、角度変換部７２３と後述する光射出面ＯＳとを有する部分である。
【００７８】
導光本体部２０ａは、光透過性の樹脂材料等により形成され、ＸＹ面に平行で画像形成装置１０に対向する裏側又は観察者側の平面上に、画像形成装置１０からの画像光を取り込む光入射面ＩＳと、画像光を観察者の眼ＥＹに向けて射出させる光射出面ＯＳとを有している。導光本体部２０ａは、そのプリズム部ＰＳの側面として光入射面ＩＳの他に矩形の斜面ＲＳを有し、当該斜面ＲＳ上には、これを被覆するようにミラー層２５が形成されている。ここで、ミラー層２５は、斜面ＲＳと協働することにより、光入射面ＩＳに対して傾斜した状態で配置される入射光折曲部である第３反射面２１ｃとして機能する。この第３反射面２１ｃは、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光を、全体として−Ｚ方向に偏った−ＸＺ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を導光本体部２０ａ内に確実に結合させる。また、導光本体部２０ａにおいて、光射出面ＯＳの裏側の平面に沿って微細構造である角度変換部７２３が形成されている。導光本体部２０ａは、入口側の第３反射面２１ｃから奥側の角度変換部７２３にかけて延在し、プリズム部ＰＳを介して内部に入射させた画像光を角度変換部７２３に導く。
【００７９】
導光部材７２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、平板状の導光本体部２０ａの主面であり互いに対向しＸＹ面に対して平行に延びる２平面として、プリズム部ＰＳ又は光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる。第３反射面２１ｃで反射された画像光は、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第２反射面２１ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光装置７２０の奥側即ち角度変換部７２３を設けた−Ｘ側に導かれる。
【００８０】
導光本体部２０ａの光射出面ＯＳに対向して配置される角度変換部７２３は、導光部材７２１の奥側（−Ｘ側）において、第２反射面２１ｂの延長平面に沿ってこの延長平面に近接して形成されている。角度変換部７２３は、導光部材７２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光を、所定角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。つまり、角度変換部７２３は、画像光の角度を変換している。ここでは、角度変換部７２３に最初に入射する画像光が虚像光としての取出し対象であるものとする。角度変換部７２３の詳しい構造については、図１４（Ａ）等により後述する。
【００８１】
画像形成装置１０から射出され光入射面ＩＳから導光部材７２１に入射した画像光は、第３反射面２１ｃで一様に反射されて折り曲げられ、導光部材７２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて繰り返し全反射されて光軸ＡＸに略沿って一定の広がりを有する状態で進み、さらに、角度変換部７２３において適度な角度で折り曲げられることで取出し可能な状態となり、最終的に光射出面ＯＳから外部に射出される。光射出面ＯＳから外部に射出された画像光は、虚像光として観察者の眼ＥＹに入射する。当該虚像光が観察者の網膜において結像することで、観察者は虚像による映像光等の画像光を認識することができる。
【００８２】
以下、導光部材７２１中の画像光の光路について説明する。なお、第４実施形態における導光装置７２０は、縦の第１方向Ｄ１（Ｙ方向）に関して、図１（Ａ）の導光装置２０と同様に機能する。一方、導光装置７２０は、横の第２方向Ｄ２（Ｘ方向）に関して、多数の伝搬モードの画像光を導光させるものとなっており、２つの伝搬モードの画像光を導光させる図２（Ａ）の導光装置２０と異なっている。
【００８３】
図１３（Ａ）に示すように、画像表示装置１１の液晶表示デバイス（画像光形成部）３２から射出される画像光のうち、射出面３２ａの中央部分から射出される点線で示す成分を画像光ＧＬ７１とし、射出面３２ａの紙面右側（＋Ｘ側）から射出される一点鎖線で示す成分を画像光ＧＬ７２とし、射出面３２ａの紙面左側（−Ｘ側）から射出される二点鎖線で示す成分を画像光ＧＬ７３とする。
【００８４】
投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ７１，ＧＬ７２，ＧＬ７３の主要成分は、導光部材７２１の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて互いに異なる角度で全反射を繰り返す。具体的には、画像光ＧＬ７１，ＧＬ７２，ＧＬ７３のうち、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ７１は、投射光学系１２を通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、標準反射角γ０で導光部材７２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。その後、画像光ＧＬ７１は、標準反射角γ０を保った状態で、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射を繰り返す。画像光ＧＬ７１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいてＮ回（Ｎは自然数）全反射され、角度変換部７２３の中央部２３ｋに入射する。画像光ＧＬ７１は、この中央部２３ｋにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから光射出面ＯＳを含むＸＹ面に対して垂直な光軸ＡＸ方向に平行光束として射出される。液晶表示デバイス３２の射出面３２ａの一端側（＋Ｘ側）から射出された画像光ＧＬ７２は、投射光学系１２を通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、最大反射角γ＋で導光部材７２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。画像光ＧＬ７２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて例えばＮ−Ｍ回（Ｍは自然数）全反射され、角度変換部７２３のうち最も奥側（−Ｘ側）の周辺部２３ｈにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角は、第３反射面２１ｃ側に戻されるようなものになっており、＋Ｘ軸に対して鋭角となる。液晶表示デバイス３２の射出面３２ａの他端側（−Ｘ側）から射出された画像光ＧＬ７３は、投射光学系１２の通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、最小反射角γ−で導光部材７２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。画像光ＧＬ７３は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて例えばＮ＋Ｍ回全反射され、角度変換部７２３のうち最も入口側（＋Ｘ側）の周辺部２３ｍにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角は、第３反射面２１ｃ側から離れるようなものになっており、＋Ｘ軸に対して鈍角となる。
【００８５】
ここで、導光部材７２１に用いられる透明樹脂材料の屈折率ｎの値の一例として、ｎ＝１．５とすると、その臨界角γｃの値はγｃ≒４１．８°となり、ｎ＝１．６とすると、その臨界角γｃの値はγｃ≒３８．７°となる。各画像光ＧＬ７１，ＧＬ７２，ＧＬ７３の反射角γ０，γ＋，γ−のうち最小である反射角γ−を臨界角γｃよりも大きな値とすることで、必要な画像光について導光部材７２１内における全反射条件を満たすものにできる。
【００８６】
以下、図１４（Ａ）等を参照して、角度変換部７２３の構造及び角度変換部７２３による画像光の光路の折曲げについて詳細に説明する。
【００８７】
まず、角度変換部７２３の構造について説明する。角度変換部７２３は、ストライプ状に配列された多数の線状の反射ユニット２ｃで構成される。つまり、角度変換部７２３は、Ｙ方向に延びる細長い反射ユニット２ｃを所定のピッチＰＴで導光部材７２１の延びる主導光方向すなわち−Ｘ方向に沿って多数配列させることで構成されている。各反射ユニット２ｃは、奥側即ち光路下流側に配置される１つの反射面部分である第１の反射面２ａと、入口側即ち光路上流側に配置される他の１つの反射面部分である第２の反射面２ｂとを１組のものとして有する。これらのうち、少なくとも第２の反射面２ｂは、一部の光を透過可能な部分反射面であり、観察者に外界像をシースルーで観察させることを可能にしている。また、各反射ユニット２ｃは、隣接する第１及び第２の反射面２ａ，２ｂにより、ＸＺ断面視においてＶ字又は楔状となっている。より具体的には、第１及び第２の反射面２ａ，２ｂは、第２反射面２１ｂに平行で反射ユニット２ｃの配列される配列方向である±Ｘ方向に対して垂直に延びる方向即ちＹ方向を長手方向として、線状に延びている。さらに、第１及び第２の反射面２ａ，２ｂは、当該長手方向を軸として、第２反射面２１ｂに対してそれぞれ異なる角度（即ちＸＹ面に対してそれぞれ異なる角度）で傾斜している。結果的に、第１の反射面２ａは、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延び、第２の反射面２ｂも、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。図１４（Ａ）等に示す具体例において、各第１の反射面２ａは、第２反射面２１ｂに対して略垂直な方向（Ｚ方向）に沿って延びているものとしている。また、各第２の反射面２ｂは、対応する第１の反射面２ａに対して時計方向に所定角度（相対角度）δをなす方向に延びている。ここで、相対角度δは、具体例において例えば５４．７°となっているものとする。
【００８８】
図１４（Ａ）等に示す具体例において、第１の反射面２ａは、第２反射面２１ｂに対して略垂直であるものとしているが、第１の反射面２ａの方向は、導光装置７２０の仕様に応じて適宜調整されるものであり、第２反射面２１ｂに対して＋Ｘ方向を基準として反時計回りに例えば８０°から１００°までの範囲内でいずれかの傾斜角度をなすものとできる。また、第２の反射面２ｂの方向は、第２反射面２１ｂに対して＋Ｘ方向を基準として反時計回りに例えば３０°から４０°までの範囲内でいずれかの傾斜角度をなすものとできる。結果的に、第２の反射面２ｂは、第１の反射面２ａに対して４０°から７０°までの範囲内でいずれかの相対角度を有するものとなる。
【００８９】
なお、一対の反射面２ａ，２ｂを含む反射ユニット２ｃは、例えば下地のＶ溝の一方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、その後の樹脂の充填によって導光装置７２０内に埋め込まれる。
【００９０】
以下、角度変換部７２３による画像光の光路の折曲げについて詳しく説明する。ここでは、画像光のうち、角度変換部７２３の両端側に入射する画像光ＧＬ７２及び画像光ＧＬ７３について示し、他の光路については、これらと同様であるので図示等を省略する。
【００９１】
まず、図１４（Ａ）及び１４（Ｂ）に示すように、画像光のうち全反射角度の最も大きい反射角γ＋で導かれた画像光ＧＬ７２は、角度変換部７２３のうち光入射面ＩＳ（図１３（Ａ）参照）から最も遠い−Ｘ側の周辺部２３ｈに１つ以上配置された反射ユニット２ｃに入射する。当該反射ユニット２ｃにおいて、画像光ＧＬ７２は、最初に奥側即ち−Ｘ側の第１の反射面２ａで反射され、次に、入口側即ち＋Ｘ側の第２の反射面２ｂで反射される。当該反射ユニット２ｃを経た画像光ＧＬ７２は、他の反射ユニット２ｃを経ることなく、図１３（Ａ）等に示す光射出面ＯＳから射出される。つまり、画像光ＧＬ７２は、角度変換部７２３での１回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ観察者側に取り出される。
【００９２】
また、図１４（Ａ）及び１４（Ｃ）に示すように、全反射角度の最も小さい反射角γ−で導かれた画像光ＧＬ７３は、角度変換部７２３のうち光入射面ＩＳ（図１２（Ａ）参照）に最も近い＋Ｘ側の周辺部２３ｍに１つ以上配置された反射ユニット２ｃに入射する。当該反射ユニット２ｃにおいて、画像光ＧＬ７３は、画像光ＧＬ７２の場合と同様に、最初に奥側即ち−Ｘ側の第１の反射面２ａで反射され、次に、入口側即ち＋Ｘ側の第２の反射面２ｂで反射される。当該反射ユニット２ｃを経た画像光ＧＬ７３は、他の反射ユニット２ｃを経ることなく、角度変換部７２３での１回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ観察者側に取り出される。
【００９３】
ここで、上記のような第１及び第２の反射面２ａ，２ｂでの２段階での反射の場合、図１４（Ｂ）及び１４（Ｃ）に示すように、各画像光の入射時の方向と射出時の方向とのなす角である折り曲げ角ψは、いずれもψ＝２（Ｒ−δ）（Ｒ：直角）となる。つまり、折り曲げ角ψは、角度変換部７２３に対する入射角度即ち各画像光の全反射角度である反射角γ０，γ＋，γ−等の値によらず一定である。これにより、上記のように、画像光のうち全反射角度の比較的大きい成分を角度変換部７２３のうち−Ｘ側の周辺部２３ｈ側に入射させ、全反射角度の比較的小さい成分を角度変換部７２３のうち＋Ｘ側の周辺部２３ｍ側に入射させた場合にも、画像光を全体として観察者の眼ＥＹに集めるような角度状態で効率的に取り出すことが可能となる。このような角度関係で画像光を取り出す構成であるため、導光部材７２１は、画像光を角度変換部７２３において複数回通過させず、１回だけ通過させることができ、画像光を少ない損失で虚像光として取り出すことを可能にする。
【００９４】
また、導光部材７２１の形状や屈折率、角度変換部７２３を構成する反射ユニット２ｃの形状等の光学的な設計において、画像光ＧＬ７２，ＧＬ７３等が導かれる角度等を適宜調整することで、光射出面ＯＳから射出される画像光を、基本の画像光ＧＬ７１即ち光軸ＡＸを中心として、全体として対称性が保たれた状態の虚像光として観察者の眼ＥＹに入射させることができる。ここでは、一端の画像光ＧＬ７２のＸ方向又は光軸ＡＸに対する角度θ１２（導光装置７２０内ではθ１２'）と、他端の画像光ＧＬ７３のＸ方向又は光軸ＡＸに対する角度θ１３（導光装置７２０内ではθ１３'）導光装置７２０とは、大きさが略等しく逆向きとなっているものとする。つまり、画像光は、光軸ＡＸを中心にして対称性のある状態で眼ＥＹに対して射出されている。このように、角度θ１２と角度θ１３との角度が等しく、光軸ＡＸに対して対称性があるとすることで、角度θ１２及び角度θ１３は、横画角の半分の値である横半画角となる。
【００９５】
なお、既に説明したように、一群の反射ユニット２ｃを構成する第１の反射面２ａ又は第２の反射面２ｂは、ピッチが一定で互いに平行になっている。これにより、観察者の眼ＥＹに入射する虚像光である画像光を一様なものとでき、観察される画像の品質の低下を抑えることができる。角度変換部７２３を構成する各反射ユニット２ｃの間隔であるピッチＰＴの具体的な数値範囲は、０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ〜１．３ｍｍとする。この範囲にあることにより、取り出されるべき画像光が、角度変換部７２３において回折による影響を受けることなく、かつ、反射ユニット２ｃによる格子縞が観察者にとって目立つものとならないようにすることができる。
【００９６】
以上の導光装置７２０の場合、図１３（Ａ）に示すように、導光部材７２１に設けたプリズム部ＰＳの斜面ＲＳは、ミラー層２５によって覆われて第３反射面２１ｃを形成している。ここで、ミラー層２５は、下地面１２１ｃを覆うだけでなく、第２反射面２１ｂにはみ出し或いはオーバーハングしている。つまり、ミラー層２５は、第３反射面２１ｃの領域だけでなく、第３反射面２１ｃと第２全反射面２１ｂとの間に延在する角部２１ｒのうち、稜２１ｕの第２全反射面２１ｂ側の第１稜線近傍領域にまで僅かにはみ出して形成されている。結果的に、ミラー層２５のうち、第３反射面２１ｃと第２全反射面２１ｂとの間に延在する角部２１ｒにおいて第３反射面２１ｃ側の第２稜線近傍領域にある本体層２５ａは、ミラーとして十分な厚み（具体的には５０ｎｍ以上の厚み）を有する。これにより、ミラー層２５は、十分な厚みが確保された状態となって、画像光の反射率を高く維持し透過率を低く抑えることができ、例えば０．１％以下の非透過性の反射を可能にするものとなっている。
【００９７】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第４実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第４実施形態の虚像表示装置１００と同様であるものとする。
【００９８】
図１５（Ａ）及び１５（Ｂ）に示すように、本実施形態の場合、導光部材７２１の角度変換部９２３は、多数の画像光反射面２ｄを所定のピッチでＸ方向に多数配列した構造を有する。これらの画像光反射面２ｄは、主導光方向であり画像光反射面２ｄの配列される−Ｘ方向に対して垂直に延びる方向即ちＹ方向を長手方向として、帯状に延びている。これらの画像光反射面２ｄは、互いに平行であり、第２反射面２１ｂに対して同一の角度τをそれぞれなしている。画像光反射面２ｄは、反射率の調整により、画像光の光成分の一部を透過させ、残りを反射させる部分反射面となっている。なお、隣接する画像光反射面２ｄ間は、画像光を取り出すための反射面等としての機能を有しない境界部２ｅによって繋がれている。結果的に、画像光反射面２ｄは、分離した状態で主導光方向に沿って即ちＺ方向に沿って周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。なお、画像光反射面２ｄは、例えば下地のＶ溝の一方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、その後の樹脂の充填によって導光部材７２１内に埋め込まれる。
【００９９】
図１５（Ａ）に示すように、最小反射角γ−で導光部材７２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射される画像光ＧＬ７２は、角度変換部９２３を複数回通過した後、角度変換部９２３のうち最も奥側（−Ｘ側）の周辺部２３ｈに達し、周辺部２３ｈでの反射により、眼ＥＹの光軸ＡＸに対して角度θ１２で光射出面ＯＳから眼ＥＹに向けて平行光束として射出される。一方、図１５（Ｂ）に示すように、最大反射角γ＋で導光部材７２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射される画像光ＧＬ７３は、角度変換部９２３のうち最も入口側（＋Ｘ側）の周辺部２３ｍに達し、周辺部２３ｍでの反射により、眼ＥＹの光軸ＡＸに対して角度θ１３で光射出面ＯＳから眼ＥＹに向けて平行光束として射出される。
【０１００】
〔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。
【０１０１】
上記の説明では、ミラー層２５を蒸着によって成膜しているが、ミラー層２５をメッキ、コート、スプレー方式、ディップ方式、ロールコート、湿式等によって成膜することもできる。なお、ミラー層２５は、アルミニウムに限らず、銀等によって形成することができる。
【０１０２】
上記の説明では、画像光形成部として、透過型の液晶表示デバイス３２等を用いているが、画像光形成部としては、透過型の液晶表示デバイスに限らず種々のものを利用可能である。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３２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。
【０１０３】
上記の説明では、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを同一の平面上に配置しているが、これに限らず、例えば、光入射面ＩＳを第１反射面２１ａと同一の平面上に配置し、光射出面ＯＳを第２反射面２１ｂと同一の平面上に配置する構成とすることもできる。この場合、第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとが鈍角をなすことになる。
【０１０４】
上記の説明では、導光部材２１が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材２１は、縦方向に延びるものとできる。この場合、図１の光学パネル１１０すなわち導光部材２１，７２１は、直列的ではなく並列的に平行配置されることになる。
【０１０５】
上記の説明では、虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。
【０１０６】
上記実施形態の虚像表示装置１００では、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ表示装置１００Ａ，１００Ｂ（具体的には画像形成装置１０、導光装置２０等）設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ例えば画像形成装置１０と導光装置２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【０１０７】
上記実施形態では、光入射面ＩＳを通る第１光軸ＡＸ１と光入射面ＩＳを通る第２光軸ＡＸ２とが平行であるとしたが、これらの光軸ＡＸ１，ＡＸ２を非平行とすることもできる。
【０１０８】
上記実施形態では、液晶表示デバイス３２の表示輝度を特に調整していないが、図６（Ｂ）に示すような投射像ＩＭ１，ＩＭ２の範囲や重複に応じて表示輝度の調整を行うことができる。
【０１０９】
上記実施形態では、導光部材２１の第４反射面２１ｄに設けたハーフミラー層２８の反射率を２０％としてシースルーを優先しているが、ハーフミラー層２８の反射率を５０％以上として画像光を優先することもできる。なお、ハーフミラー層２８は、第４反射面２１ｄの一部の必要領域にのみ形成される必要はなく、第４反射面２１ｄの全面に形成されたものとできる。また、ハーフミラー層２８は、光透過部材２３の第３面２３ｃ上に形成することもできる。
【０１１０】
また、上記第４、５実施形態の説明では、角度変換部７２３を構成する反射ユニット２ｃの配列のピッチＰＴについては、各第１の反射面２ａ間において全て同一となっている場合に限らず、各ピッチＰＴにある程度の差異がある場合も含むものとする。
【０１１１】
上記第４、５実施形態の説明では、シースルー型の虚像表示装置について説明しているが、角度変換部７２３等は、シースルー型以外の虚像表示装置についても適用可能である。なお、外界像を観察させる必要がない場合、第１及び第２の反射面２ａ，２ｂ双方の光反射率を略１００％することが可能である。
【０１１２】
上記第４、５実施形態の説明では、プリズム部ＰＳを構成するミラー層２５や斜面ＲＳの傾斜角度について特に触れていないが、本発明は、ミラー層２５等の傾斜角度を光軸ＡＸに対して用途その他の仕様に応じて様々な値とすることができる。
【０１１３】
上記第４、５実施形態の説明では、反射ユニット２ｃによるＶ字状の溝は、先端を尖った状態で図示しているが、Ｖ字状の溝の形状については、これに限らず、先端を平らにカットしているものや先端にＲ（丸み）を付けているものであってもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
ＡＤ…画像形成領域、  ＡＩ…虚像表示領域、  ＡＸ…光軸、  ＡＸ１，ＡＸ２…光軸、Ｂ１…光入射部、  Ｂ２…導光部、  Ｂ３…光射出部、  Ｂ４…透視部、Ｄ１…  第１方向、  Ｄ２…第２方向、  ＥＹ…眼、  ＧＬ…画像光、  ＧＬ０１，ＧＬ０２…画像光、  ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３…画像光、  ＩＭ１，ＩＭ２…投射像、  ＩＳ…光入射面、  ＯＳ…光射出面、  ＰＳ…プリズム部、  ＲＥ１…第１稜線近傍領域、  ＲＥ２…第２稜線近傍領域、  ＲＳ…斜面、  ＳＬ…照明光、  ２ｃ…反射ユニット、  １０…画像形成装置、  １１…画像表示装置、  １２…投射光学系、  ２０…導光装置、  ２０ａ…導光本体部、  ２１，７２１…導光部材、  ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…第１〜第４反射面（第１〜第４面）、  ２１ｒ…角部、  ２１ｕ，２１ｖ…稜、  ２３…光透過部材、  ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…第１〜第３の面、  ２５…ミラー層、  ２５ａ…本体層、  ２５ｂ…はみ出し層、  ２６…保護層、  ２８…ハーフミラー層、  ３１…照明装置、  ３２…液晶表示デバイス、  ８１…ホルダー、  ８２…蒸着源、  ８３…遮蔽マスク、  １００…虚像表示装置、  １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、  １１０…光学パネル、  １１１，１１２…パネル部分、  １２５…ミラー層、  ３２５…ミラー部材、  ３２５ａ…基板、  ６２１，７２１…導光部材、  ７２０…導光装置、  ７２３、９２３…角度変換部
【図１】
0005879886.tif 000002
【図２】
0005879886.tif 000003
【図３】
0005879886.tif 000004
【図４】
0005879886.tif 000005
【図５】
0005879886.tif 000006
【図６】
0005879886.tif 000007
【図７】
0005879886.tif 000008
【図８】
0005879886.tif 000009
【図９】
0005879886.tif 000010
【図１０】
0005879886.tif 000011
【図１１】
0005879886.tif 000012
【図１２】
0005879886.tif 000013
【図１３】
0005879886.tif 000014
【図１４】
0005879886.tif 000015
【図１５】
0005879886.tif 000016