(57)【要約】【課題】導光装置の作製のうち部品の接合時において気泡の発生等が生じることを抑制することで、良好な光の導光を維持して高品質なものとしつつ、歩留りの向上を図り、延いてはコスト上昇を抑えることができる導光装置及びこれを用いた虚像表示装置を提供すること。【解決手段】導光本体部２２の接合部ＣＪにおいて、角度変換部２３の一側面である側面ＳＦ１〜ＳＦ３と接合し精度の高い接合を可能とさせつつ、角度変換部２３の他の一側面である側面ＳＦ４を開放させた状態としていることで、角度変換部２３を導光本体部２２に接合させる際に気泡の発生等が生じることを抑制している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光を入射させるとともに入射した映像光を導く導光本体部と、
前記導光本体部に入射した映像光の光路について角度の変換をする角度変換部と
を備え、
前記角度変換部は、入射した映像光を通過させる映像光通過面と、前記映像光通過面以外の複数の側面とを有し、
前記導光本体部は、前記角度変換部の前記複数の側面のうちの一側面を接合させつつ他の一側面を開放させた状態とする接合部を有する、導光装置。
【請求項２】
前記導光本体部において、前記接合部は、映像光を導光させる導光部の延長部分に段差状部分を設けて形成されている、請求項１に記載の導光装置。
【請求項３】
前記接合部は、前記角度変換部を接合させる対向面を有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項４】
前記接合部において、前記対向面は、映像光の導光方向に対して垂直な面を含む、請求項３に記載の導光装置。
【請求項５】
前記接合部において、前記対向面は、映像光の導光方向に対して垂直な状態から傾斜した面を含む、請求項３に記載の導光装置。
【請求項６】
前記接合部は、前記角度変換部の映像光通過面と接合する光射出接合面を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項７】
前記接合部の光射出接合面及び前記角度変換部の映像光通過面は、映像光の導光方向に対して平行な面である、請求項６に記載の導光装置。
【請求項８】
導光本体部及び角度変換部の表面を保護する保護層をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項９】
前記角度変換部の外表面と当該外表面に隣接する前記導光本体部の外表面との高さの差が４０μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の導光装置と、
前記導光装置に入射させる映像光を生じさせる映像素子と
を備える虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば画像表示装置によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置に適用可能な導光装置及び導光装置を用いた虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置に組み込まれる映像光を導光するための光学系として様々なものが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００３】
このような虚像表示装置あるいは虚像表示装置に好適な導光装置として、例えば、平行な平板状の導光板に画像光（映像光）を折り曲げるために複数のミラーで構成される画像取出部あるいは射出部を有するものが知られている（特許文献１，２参照）。
【０００４】
例えば、いわゆるシースルー型のＨＭＤでは、導光装置の眼前部分の板厚は均一であることが望ましい。仮に、画像取出部（射出部）に段差状の部分があるとすると、その段差状の部分が形成される端面のところで光が屈折して視界に違和感が生じてしまう可能性があるからである。したがって、画像取出部（射出部）を導光装置において本体部分に埋め込むような構成とすることが考えられる（特許文献１，２参照）。
【０００５】
しかしながら、例えば、画像取出部（射出部）等の部分を本体部分に対して位置決めをして貼りあわせるだけであると、貼り合せの際に気泡等が発生し、品質の低下や歩留りの低下、さらにはコスト上昇となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９８２６４号公報
【特許文献２】特開２０１６−４２１３６号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、導光装置の作製のうち部品の接合時において気泡の発生等が生じることを抑制することで、良好な光の導光を維持して高品質なものとしつつ、歩留りの向上を図り、延いてはコスト上昇を抑えることができる導光装置及びこれを用いた虚像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明に係る導光装置は、映像光を入射させるとともに入射した映像光を導く導光本体部と、導光本体部に入射した映像光の光路について角度の変換をする角度変換部とを備え、角度変換部は、入射した映像光を通過させる映像光通過面と、映像光通過面以外の複数の側面とを有し、導光本体部は、角度変換部の複数の側面のうちの一側面を接合させつつ他の一側面を開放させた状態とする接合部を有する。
【０００９】
上記導光装置では、導光本体部は、接合部において、角度変換部の一側面と接合し精度の高い接合を可能とさせつつ、角度変換部の他の一側面を開放させた状態とすることで、角度変換部を導光本体部に接合させる際に気泡の発生等が生じることを抑制できる。したがって、上記導光装置では、良好な光の導光を維持して高品質なものとしつつ歩留りの向上を図ることができる。なお、歩留りの向上を図ることで、結果的にコスト上昇を抑制できる。
【００１０】
本発明の具体的な側面では、導光本体部において、接合部は、映像光を導光させる導光部の延長部分に段差状部分を設けて形成されている。この場合、段差状部分を設けることで、角度変換部と接合する箇所としない箇所（開放させる箇所）とを確実に形成できる。
【００１１】
本発明の別の側面では、接合部は、角度変換部を接合させる対向面を有する。この場合、対向面において角度変換部を接合させることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、接合部において、対向面は、映像光の導光方向に対して垂直な面を含む。この場合、例えば映像光の導光方向に対して垂直な面を基準として位置決めを行うことができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、接合部において、対向面は、映像光の導光方向に対して垂直な状態から傾斜した面を含む。この場合、例えば導光本体部を射出成形で作成するために適切な形状とすることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、接合部は、角度変換部の映像光通過面と接合する光射出接合面を有する。この場合、映像光通過面と射出接合面とを良好な状態で接合でき、映像光の伝搬を良好にできる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、接合部の光射出接合面及び角度変換部の映像光通過面は、映像光の導光方向に対して平行な面である。この場合、光射出接合面及び映像光通過面を導光本体部のうち映像光を全反射等により導光させる面と平行にできる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、導光本体部及び角度変換部の表面を保護する保護層をさらに備える。この場合、保護層により導光装置全体を覆って保護することが可能になる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、角度変換部の外表面と当該外表面に隣接する導光本体部の外表面との高さの差が４０μｍ以下である。すなわち、角度変換部と導光本体部とでの境界部分での差（段差）が生じても４０μｍ以下となるようにしている。この場合、視認性において影響を与えることを十分に抑制しつつ、例えば保護層をコート液によって形成させるに際して当該コート液による液たれ等を防止できる。
【００１８】
本発明に係る虚像表示装置は、上記いずれかの導光装置と、導光装置に入射させる映像光を生じさせる映像素子とを備える。この場合、上記いずれかの導光装置を用いることで、虚像表示装置は、良好な画像を表示させることができるとともに、作製に際して、歩留りを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る虚像表示装置の一例の外観を概念的に示す斜視図である。
【図２Ａ】虚像表示装置に組み込まれる導光装置を概念的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】導光装置の構成について概念的に示す分解斜視図である。
【図３】角度変換部の導光本体部への組付けの様子を示す斜視図である。
【図４Ａ】一比較例の導光装置を示す斜視図である。
【図４Ｂ】他の一比較例の導光装置を示す斜視図である。
【図５】虚像表示装置及び導光装置の光学的な構成の一例を示す平面図である。
【図６】図５における導光装置の構造について説明するための断面図である。
【図７】導光装置の光学的な構成の他の一例を示す平面図である。
【図８】図７に示す導光装置における角度変換部の導光本体部への組付けの様子を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る導光装置を概念的に示す斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係る導光装置を概念的に示す斜視図である。
【図１１】導光装置の外表面における高さの差について一例を説明するための概念的な図である。
【図１２Ａ】導光装置の一変形例を概念的に示す図である。
【図１２Ｂ】導光装置の他の一変形例を概念的に示す図である。
【図１３】導光装置のさらに他の一変形例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る導光装置を組み込んだ虚像表示装置の一実施形態について説明する。
【００２１】
図１に示すように、本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（ＨＭＤ）であり、この虚像表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）を視認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視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂと、フレーム部１０２とを備える。
【００２２】
第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、右眼用と左眼用の虚像をそれぞれ形成する部分であり、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとをそれぞれ備える。第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂは、表示装置（映像素子）や投射レンズ等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納する部材等でそれぞれ構成されている。第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる導光部であり、導光装置を構成している。そこで、以下、第１光学部材１０１ａまたは第２光学部材１０１ｂを導光装置２０とも呼ぶ。なお、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、単独でも虚像表示装置として機能する。
【００２３】
導光装置２０（光学部材１０１ａ、１０１ｂ）は、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂからの映像光を入射させるとともに入射した映像光を導く導光本体部２２と、導光本体部２２に入射した映像光の光路について角度の変換をする角度変換部２３とを備え、これらにより、光学的な機能を有する部分として、光入射部、導光部及び光射出部が形成されている。なお、導光装置２０において、導光本体部２２と角度変換部２３とは、例えばハードコート層（保護層）２７によって覆われているものとしてもよい。この場合、ハードコート層２７によって、導光装置全体を覆って保護することができる。また、ここでは、特に、導光装置２０内を全反射によって導光された映像光が、眼前部分の配置された角度変換部２３において映像光の角度が変換されることによって観察者の眼に向けて射出されるものとなっている。なお、角度変換部２３の構成については、例えば後述するような複数のミラー（ハーフミラー）を斜めに配列することによって構成されるもののほか、ホログラムを利用したもの等種々の態様が考えられる。すなわち、映像光の角度変換については、例えばミラーによる反射によるものに限らず、回折作用によって変換をする場合も考えられる。また、角度変換部２３は、導光本体部２２の取付部分（後述する接合部ＣＪ）によって眼側に配置されることもあれば、外界側（眼側と反対側）に配置されることもある。
【００２４】
以下、図２、３等を参照して、導光装置２０の構成等についてより詳しく説明する。上記のとおり、また、例えば図２Ａ及び２Ｂに示すように、導光装置２０は、平板状の角度変換部２３と、平板状の導光本体部２２とを備える。ただし、導光本体部２２は、一部に凹状の接合部ＣＪを有しており、接合部ＣＪに角度変換部２３が埋め込まれることで、導光装置２０が構成されるものとなっている。
【００２５】
角度変換部２３は、上記のように種々の態様での構成が想定されるが、シースルーの観点から光透過性の部材で構成されるものとなっており、基材としては、ガラス部材または樹脂部材が適用される。角度変換部２３は、平板状であり、例えば図１に示すように、装着時において、観察者の眼前部分に配置されるようになっており、導光本体部２２で導光された映像光の光路を眼前部分において折り曲げることによって、映像光を導光装置２０の外部すなわち観察者の眼に向けて射出させるための部材である。すなわち、角度変換部２３は、映像光（画像光）を取り出すための画像取出部であり、導光装置２０の光射出部（あるいはその一部）として機能する。角度変換部２３は、特に、ここでは、図２Ｂに示すように、６つの外形面からなる薄い直方体形状であるものとする。より具体的には、角度変換部２３は、映像光の角度変換に直接的に関与する第１主面Ｓ１と、第２主面Ｓ２と、第１及び第２主面Ｓ１，Ｓ２との間の複数の側面である４つの側面ＳＦ１〜ＳＦ４とを有する。ここで、第１及び第２主面Ｓ１，Ｓ２のうち第１主面Ｓ１と、４つの側面ＳＦ１〜ＳＦ４のうち３つの側面ＳＦ１〜ＳＦ３とは、図示のように、導光本体部２２の接合部ＣＪと接合する面である。一方、４つの側面ＳＦ１〜ＳＦ４のうち残り１つの側面ＳＦ４は、接合後においても、接合部ＣＪに対して開放された状態となっている面である。また、側面ＳＦ４は、導光本体部２２の上端部の表面である上端面２２ｔに一致して繋がった１つの平坦面を形成する。角度変換部２３における複数の側面のうち、このような側面を開放面と呼ぶものとし、本実施形態では、側面ＳＦ４を開放面ＯＳ１とも呼ぶ。また、第１及び第２主面Ｓ１，Ｓ２のうち第１主面Ｓ１は、導光本体部２２の内部での導光を経て射出される映像光を入射させる（通過させる）面であり、映像光の導光方向に対して平行な面である。ここでは、このような面を映像光通過面と呼ぶものとし、本実施形態では、第１主面Ｓ１を映像光通過面ＰＳ１とも呼ぶ。なお、第２主面Ｓ２は、角度変換部２３の表面とともに導光装置２０の外表面を形成する。したがって、第２主面Ｓ２を外表面ＯＦ１とも呼ぶ。第２主面Ｓ２（あるいは外表面ＯＦ１）は、隣接する導光本体部２２の面に一致して繋がった１つの平坦面を形成する。なお、角度変換部２３の光学的な構成によっては、第２主面Ｓ２は、映像光を通過させる面ともなりうるがここでは、上記した映像光通過面（導光本体部２２と接合する面）とは区別するものとする。また、ここでの外表面とは、接合された角度変換部２３と導光本体部２２とをさらに保護層であるハードコート層２７によって覆う場合には、当該ハードコート層２７によって覆われる前の状態での最外表面を意味することになる。
【００２６】
導光本体部２２は、既述のように、映像光を眼前部分に配置された角度変換部２３に向けて導光させる平板形状の部材である。導光本体部２２は、角度変換部２３に対応して、平板形状の一部に段差状部分として設けられた凹部である接合部ＣＪを有して構成される一体成形部材である。導光本体部２２は、光透過性の樹脂部材であり、例えば射出成形によって形成される。導光本体部２２において、眼前部分に対応する箇所に設けた接合部ＣＪに角度変換部２３を埋め込むことで、導光装置２０が作製される（図３参照）。以上のような構成となるため、接合部ＣＪは、薄い直方体形状の角度変換部２３に応じた形状の凹部となっている。具体的には、接合部ＣＪは、角度変換部２３の外形を形成する各面のうち、接合の対象である３つの側面ＳＦ１〜ＳＦ３にそれぞれ対応する３つの対向面Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃと、映像光通過面ＰＳ１（第１主面Ｓ１）に対応する映像光の射出面である光射出接合面ＩＣ１との４つの面で構成される溝部分である。さらに、接合部ＣＪは、角度変換部２３の開放面ＯＳ１（側面ＳＦ４）に対応して、開放された溝部分ＤＰを形成させている。言い換えると、導光本体部２２は、端部を開放させた溝部分ＤＰを有することで接合された角度変換部２３のうちの一側面を開放させた状態にすることを可能にしている。
【００２７】
以下、図３等を参照して、角度変換部２３の導光本体部２２への組付けの様子について説明する。図３や図２Ｂ等に示す例では、まず、事前に接合部ＣＪの各対向面Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ及び光射出接合面ＩＣ１（または対応する角度変換部２３の３つの側面ＳＦ１〜ＳＦ３及び映像光通過面ＰＳ１）に接着剤を塗布しておき、３つの側面ＳＦ１〜ＳＦ３のうち開放面ＯＳ１に対向する側面ＳＦ２と対応する対向面Ｆｂとの位置合わせをし、矢印Ａ１に示すように側面ＳＦ２側を軸にしながら角度変換部２３を溝部分ＤＰに向かって接合部ＣＪの中に埋め込ませていき、接合する。言い換えると、接合部ＣＪは、角度変換部２３の複数の側面ＳＦ１〜ＳＦ４のうちの３つの側面ＳＦ１〜ＳＦ３を接合させつつ他の一側面である側面ＳＦ４を開放させた状態とするものとなっている。この場合、接合に際して、溝部分ＤＰが余剰な接着剤や気泡等を逃がす逃げ溝として機能し、側面ＳＦ１〜ＳＦ３及び映像光通過面ＰＳ１と各対向面Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ及び光射出接合面ＩＣ１との間において気泡の発生等を抑制することができる。すなわち、接合における気泡の発生等が抑えられて特にシースルー等の観点において良好な高品質なものとしつつ歩留りを向上させ、延いては製造コストを下げることが可能になる。なお、上記において、例えば側面ＳＦ１と対向面Ｆａとを映像光の導光方向に対して垂直な面とすることで、側面ＳＦ１を基準として導光方向に関する位置決めを行うことができる。
【００２８】
図４Ａ及び４Ｂは、本実施形態に対する比較例について例示する図である。例えば、本実施形態のように導光本体部２２において上記のような接合部ＣＪすなわち凹部を設けることなく、図４Ａに示す一比較例のように、板状の導光本体部２２の平らな表面の適箇所に板状の角度変換部２３をそのまま取り付けることも考えられる。しかしながら、この場合、角度変換部２３の側面ＳＦ１〜ＳＦ４が視認されやすくなり、また、外界光について意図しない屈折作用が生じ、良好なシースルー性が得られない可能性がある。
【００２９】
また、他の一比較例として、導光本体部２２において接合部ＣＪを設けるものの本実施形態の接合部ＣＪのように端部を開放させた溝部分ＤＰを有するものとは異なり、外表面以外の側面すべてを埋め込むことも考えられる。すなわち、図４Ｂに示す一比較例のように、角度変換部２３の４つの側面及び映像光通過面を埋め込み１つの外表面ＯＦ１のみを露出させた状態とする構成とすることも考えられる。この場合、外表面ＯＦ１を隣接する導光本体部２２の面に一致させて繋がった１つの平坦面を形成させられる。しかしながら、この場合、接合に際して、余剰な接着剤や気泡等を逃がすことができなくなる可能性があり、歩留りを低下（劣化）させる可能性がある。本実施形態では、上記のように角度変換部２３の一側面を開放させることで、かかる事態を回避できるものとなっている。
【００３０】
以下、図５及び図６を参照して、第１実施形態に係る導光装置及びこれを組み込んだ虚像表示装置の具体的な光学系の一例について説明することで、角度変換部２３の具体的一例を示す。なお、左右の対称性により、図５及び図６では、左眼側を構成する第２表示装置１００Ｂ側のみ示し、右眼側については、図示及び説明を省略する。
【００３１】
図５に示す虚像表示装置１００に組み込まれる導光装置２０は、映像光（画像光）を取り込んで導くとともに観察者に射出させるための部材であり、全体として一方に延びる平板状の外形を有している。導光装置２０は、光束全体としての映像光を平板の延びるＺ方向に導く。ここでは、このＺ方向を導光方向とする。
【００３２】
図５に示す虚像表示装置１００は、映像表示装置（映像素子）１０と、投射レンズ４０と、導光装置２０とを一組として備える。なお、映像表示装置（映像素子）１０や投射レンズ４０は、図１の第２像形成本体部１０５ｂ（あるいは第１像形成本体部１０５ａ）に収納されている。
【００３３】
映像表示装置１０は、２次元的な照明光を射出する照明装置３１と、透過型の空間光変調装置である液晶表示デバイス３２とを有する。液晶表示デバイス３２は、照明装置３１からの照明光を空間的に変調して動画像等の表示対象となるべきカラーの映像光、すなわち複数の波長帯域の成分を含む光を形成する。
【００３４】
投射レンズ４０は、映像表示装置１０の液晶表示デバイス３２上の各点から射出された映像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。
【００３５】
以下、導光装置２０の構造について説明する。ここでは、導光装置２０は、導光本体部２２と、角度変換部２３とに加え、映像光の入射側において入射側角度変換部２１を有するものとする。このため、この一例では、角度変換部２３を、相対的に映像光の射出側に配置される射出側角度変換部とも呼ぶものとする。図示のように、この態様の場合、角度変換部（射出側角度変換部）２３は、眼前部分すなわち映像光の射出箇所において、導光本体部２２の接合部ＣＪによって、観察者の眼側（−Ｘ側）と外界側（＋Ｘ側）とのうち、眼側に配置されている。
【００３６】
また、導光本体部２２は、入射側角度変換部２１にも対応して、角度変換部（射出側角度変換部）２３における接合部ＣＪと同様の接合部を設けるものとすることができる。すなわち、入射側角度変換部２１についても気泡の発生等を抑制できる。
【００３７】
以下、入射側角度変換部２１及び角度変換部（射出側角度変換部）２３の光学的構造について詳細に説明する。入射側角度変換部２１及び角度変換部２３は、図６に示すように、多数の反射面を有する平板状の部材である。例えば、角度変換部２３は、複数のプリズム状の部材を平面状に並べて配置させてフレネルレンズのような形状（以下、このような形状をフレネル形状というものとする。）を有し、当該フレネル形状の部分に複数の反射面を有するものとなっている。言い換えると、角度変換部２３は、フレネル形状を有する第１部材２３ｐと、第１部材２３ｐに対応する形状の第２部材２３ｑとを有し、この間に多数の傾斜面部分２３ｃを挟持して全体として板状（あるいは平らなシート状）の部材となっている。第１部材２３ｐと第２部材２３ｑとの間の多数の傾斜面部分２３ｃは、映像光ＧＬを取り出すための反射面として機能する多数の映像光反射面２３ａと、映像光ＧＬを取り出すための反射面等としての機能を有さず各映像光反射面２３ａ間を繋ぐ境界部２３ｂとによって構成されている。各映像光反射面２３ａは、映像光ＧＬの光成分の一部を透過させ、残りを反射させる半透過反射面となっている。これにより、角度変換部２３は、映像光と外界光との部分的な反射及び透過を行い、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。
【００３８】
また、入射側角度変換部２１は、角度変換部２３と同一で対称な形状を鏡合わせとなるように第１部材２１ｐと第２部材２１ｑと多数の傾斜面部分２１ｃ（映像光反射面２１ａ及び境界部２１ｂ）とを配置したものとなっている。すなわち、図示において左右対称となっており、反射による映像光の光路の角度変換が対称的なものとなっている。ただし、傾斜面部分２１ｃについては、半透過反射面ではなく通常のミラー面となっている。以上により、光入射側と光射出側とでの角度変換の関係が維持されるようになっている。
【００３９】
また、図５に戻って、導光装置２０は、光学的な機能を有する部分として、光入射部Ｄ１と、導光部Ｄ２と、光射出部Ｄ３とを備えるものとみることができる。これらのうち、光入射部Ｄ１は、導光本体部２２と入射側角度変換部２１とが協働することで形成され、導光部Ｄ２は、導光本体部２２によって形成され、光射出部Ｄ３は、導光本体部２２と角度変換部（射出側角度変換部）２３とが協働することで形成される。
【００４０】
光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＦと入射側角度変換部２１とを有し、映像表示装置１０からの映像光を光入射面ＩＦから取り込むとともに、取り込んだ映像光を入射側角度変換部２１によって導光部Ｄ２に向けて折り曲げる。
【００４１】
導光部Ｄ２は、全反射面形成部２２ｐを有し、取り込まれた映像光を光射出部Ｄ３に向けて伝播させる。なお、導光部Ｄ２が光束全体として導く方向を導光方向（図示の場合、Ｚ方向）とする。
【００４２】
光射出部Ｄ３は、画像取出部である角度変換部２３と光射出面ＯＦとを有し、導光部Ｄ２で導光方向に伝播された映像光の角度変換を行い光射出面ＯＦから映像光を射出する。
【００４３】
以上により、光射出面ＯＦから射出された映像光に基づき、虚像としての映像が観察者によって視認される。
【００４４】
以下、各部Ｄ１〜Ｄ３それぞれの機能及び作用について説明する。
【００４５】
光入射部Ｄ１は、入射側角度変換部２１を、光入射面ＩＦに対向する反対側の面上に有している。入射側角度変換部２１は、既述のように、多数の反射面を有する部材であり、光入射面ＩＦから入射し全体として＋Ｘ方向に向かう映像光を、全体として−Ｘ方向に偏った＋Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、映像光を導光部Ｄ２内に導く角度変換部として機能する部材である。
【００４６】
導光部Ｄ２は、全反射面形成部２２ｐを有していることで、入口側である光入射部Ｄ１側から奥側である光射出部Ｄ３側にかけて、内部に入射させた映像光を光射出部Ｄ３の角度変換部２３に導く。全反射面形成部２２ｐは上記役割を果たすべく、導光本体部２２の平板状の主面であり互いに対向しＹＺ面に対して平行に延びる２平面として、映像光をそれぞれ全反射させる第１の全反射面２２ａと第２の全反射面２２ｂとを有している。
【００４７】
光射出部Ｄ３は、光射出面ＯＦを光入射部Ｄ１の光入射面ＩＦと同一の面内上に有している。また、光射出部Ｄ３は、角度変換部２３を、光射出面ＯＦに対向する反対側の面上に有している。言い換えると、角度変換部２３は、全反射面形成部２２ｐの奥側（＋Ｚ側）において、第２の全反射面２２ｂ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２３は、既述のように、多数の反射面を有する部材であり、全反射面形成部２２ｐを経た映像光を、所定角度で反射して平行化された状態を維持して光射出面ＯＦ側へ折り曲げる。また、以上について見方を変えると、角度変換部２３を接合して取り付けるための導光本体部２２の接合部ＣＪは、映像光を導光させる導光部Ｄ２の延長部分に段差状部分を設けて形成されていると捉えることもできる。
【００４８】
なお、以上において、角度変換部２３の外表面ＯＦ１とこれに隣接する外表面である導光本体部２２の全反射面２２ｂとは、連続的な平面を形成している。
【００４９】
また、以上のような構成において、角度変換部２３や映像光（画像光）の画角等については、種々の設定が考えられる。例えば、正面視したときの方向（図６中において例示する映像光ＧＬの方向）を中心として、図５に示す画角θが４５°以上となるように、角度変換部２３や平行導光部を形成する導光本体部２２の形状や大きさ等を設定してもよい。また、例えば導光本体部２２の光入射側の一部分に曲面形状を含むような導光装置（例えば光入射側に自由曲面等を有する導光装置）の場合であっても、当該曲面形状で構成される部分を、上述したような画角θを確保するための領域から十分に離間させた構成となっていれば、本実施形態の構成にできる。
【００５０】
また、上記の例では、入射側角度変換部２１についても別体の部材として構成し、導光本体部２２に対して埋め込み可能なものとしているが、光入射側すなわち光入射部Ｄ１については、他の種々の態様が可能であり、例えば複数の反射部に代えて１つの大きな傾斜した反射面によって構成するものとしてもよい。この場合、別途入射側角度変換部２１を設けることなく例えば当該大きな傾斜した反射面を構成する三角柱状のプリズムを導光本体部２２の光入射部Ｄ１において形成し、反射面となるべき三角柱状のプリズムの面に反射ミラーをアルミ蒸着等により形成させることが考えられる。
【００５１】
以下、図７及び図８を参照して、第１実施形態に係る導光装置及びこれを組み込んだ虚像表示装置の具体的な光学系の他の一例について説明することで、角度変換部２３の他の具体的一例を示す。なお、左右の対称性により、図７及び図８では、右眼側を構成する第２表示装置１００Ａ側のみ示し、左眼側については、図示及び説明を省略する。
【００５２】
図５及び図６を参照して説明した先の例では、角度変換部２３は、導光本体部２２の接合部ＣＪに対して観察者の眼側に配置されている。これに対して、図７及び図８に示す例では、角度変換部２３は、導光本体部２２の接合部ＣＪに対して外界側に配置されている。なお、角度変換部２３及びその周辺以外の構成（特に導光本体部２２の構成）については、図６等に示した場合と同様のもの等が想定でき、また、画像取出部あるいは射出部としての角度変換部２３を外界側に配置する構成について詳しくは、例えば特開２０１６−４２１３６号公報等に例示があるので、図示及び説明を省略する。
【００５３】
以下、図７を参照して、角度変換部２３の光学的構造について説明する。角度変換部２３は、図示のように、斜面を有する多数のガラス部材２３ｇの間に多数の反射面２３ｒを挟持した状態で有する平板状の部材である。角度変換部２３の製法については、例えば多数のガラス板と多数の金属反射膜とを交互に重ねた層を斜めに切り出すことで形成できる。映像光ＧＬは、図示のように、導光本体部２２の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射を繰り返し、最後に観察者の眼ＥＹから遠い側である全反射面２２ｂにおいて全反射した後、映像光通過面ＰＳ１と光射出接合面ＩＣ１との接合箇所を通過して角度変換部２３に入射する。角度変換部２３に入射した映像光ＧＬは、多数の反射面２３ｒのうちの１つで反射されることで光路が変換され、観察者の眼ＥＹに向けて導光装置２０の光射出面ＯＦから射出される。なお、この場合、光射出面ＯＦは、角度変換部２３の外表面ＯＦ１でもある。
【００５４】
以下、図８を参照して、上記一例における導光本体部２２と角度変換部２３との組付け等について説明する。なお、図示のうち、状態αは、接合前の様子を示し、状態βは、接合後の様子を示している。各図に示すように、ここでは、接合される箇所のうち角度変換部２３の１つの側面（図示では側面ＳＦ１）が導光方向に対して垂直であるのに対して、導光本体部２２側の対向面Ｆａが導光方向に対して垂直な状態から若干傾斜している。見方を変えると、導光本体部２２は、射出成形で作成する際に接合部ＣＪとなるべき部分において型抜きがしやすい形状にできる。すなわち、射出成形で作成するために適切な形状となっている。傾斜の度合いとしては、例えば導光方向に対して垂直な面に対して６°〜１０°程度とすることが考えられる。この場合、状態βに示すように、側面ＳＦ１と対向面Ｆａとが６°〜１０°程度の角度ξをなすことになる。なお、角度ξについては、例示であり、上記以外にも種々の数値範囲が考えられる。また、角度ξを０°、すなわち対向面Ｆａを導光方向に対して垂直な面としてもよい。また、導光本体部２２の厚みＴ１及び角度変換部２３の厚みＴ２についても、必要な画角等に応じて種々の態様が考えられるが、例えば導光本体部２２の厚みＴ１を３．６ｍｍ程度、角度変換部２３の厚みＴ２を１．４ｍｍ程度とすることが考えられる。ただし、以上において、側面ＳＦ１と対向面Ｆａとの隙間ＣＬが目立たない（観察者の視界の妨げにならない程度となる）ようにするという観点から、例えば隙間ＣＬの幅Ｗ１を５０μｍ以下とすることを前提として、上記の角度や厚みを設定することが考えられる。
【００５５】
また、図７，８を参照して示した一例のように、角度変換部２３を複数の反射面２３ｒを設けて構成する場合、観察者にとってぼけて見えやすい観察者の側において角度変換部２３と導光本体部２２とを接合することで、複数の反射面２３ｒに起因して見えることがあるスジを見えにくくしたり、角度変換部２３と導光本体部２２との接合箇所が見え方に及ぼす影響を低減したりすることができる。
【００５６】
なお、以上のような対向面Ｆａの傾斜や各部の寸法（厚み）に関しては、例えば図６及び図７に示した一例においても同様に種々の態様が考えられる。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、導光本体部２２の接合部ＣＪにおいて、角度変換部２３の一側面である側面ＳＦ１〜ＳＦ３と接合し精度の高い接合を可能とさせつつ、角度変換部２３の他の一側面である側面ＳＦ４を開放させた状態としていることで、角度変換部２３を導光本体部２２に接合させる際に気泡の発生等が生じることを抑制できる。したがって、導光装置２０では、良好な光の導光を維持して高品質なものとしつつ歩留りの向上を図ることができる。なお、歩留りの向上を図ることで、結果的にコスト上昇を抑制できる。
【００５８】
〔第２実施形態〕
以下、図９を参照して、第１実施形態を変形した第２実施形態について説明する。本実施形態に係る導光装置は、２箇所に開放面を有するものとなっている。
【００５９】
図９は、図２Ａに対応する図である。すなわち、図９は、本実施形態に係る導光装置１２０を概念的に示す斜視図である。導光装置１２０は、図示のように、平板状の角度変換部１２３と、凹状の接合部ＣＪを有する導光本体部１２２とを備える。導光装置１２０は、接合部ＣＪにおいて、下端部を開放させた溝部分ＤＰ１と上端部を開放させた溝部分ＤＰ２とを形成している。これにより、角度変換部１２３は、４つの側面のうち、側面ＳＦ２及び側面ＳＦ４の２面が開放された状態となっている。すなわち、側面ＳＦ２及び側面ＳＦ４が開放面ＯＳ２及び開放面ＯＳ１となっている。また、側面ＳＦ２及び側面ＳＦ４（あるいは開放面ＯＳ２及び開放面ＯＳ１）が下端部の表面である下端面２２ｗと上端部の表面である上端面２２ｔとにそれぞれ一致して各端部において、繋がった１つの平坦面をそれぞれ形成している。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、導光装置１２０は、上端側と下端側との２箇所に開放面ＯＳ１，ＯＳ２を有することで、より気泡等を逃がしやすい構成となっている。
【００６１】
〔第３実施形態〕
以下、図１０を参照して、第１実施形態等を変形した第３実施形態について説明する。本実施形態に係る導光装置は、角度変換部の複数の側面のうち１箇所のみが導光本体部と接合し、他の側面が開放された開放面となっている。
【００６２】
図１０は、図２Ａまたは図９に対応する図である。すなわち、図１０は、本実施形態に係る導光装置２２０を概念的に示す斜視図である。導光装置２２０は、図示のように、平板状の角度変換部２２３と、凹状の接合部ＣＪを有する導光本体部２２２とを備える。角度変換部２２３は、５つの側面ＳＦ１〜ＳＦ５を有し、側面ＳＦ１以外の側面ＳＦ２〜ＳＦ５は、開放された状態となっている。すなわち、側面ＳＦ２〜ＳＦ５が開放面ＯＳ２〜ＯＳ５となっている。また、側面ＳＦ２〜ＳＦ５（あるいは開放面ＯＳ２〜ＯＳ５）が各端部の表面である端面Ｅ２〜Ｅ５にそれぞれ一致して各端部において、繋がった１つの平坦面をそれぞれ形成している。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、導光装置２２０は、角度変換部２２３の５つの側面ＳＦ１〜ＳＦ５のうち１つの側面ＳＦ１が接合箇所となることで位置決め精度を維持するとともに、それ以外の側面ＳＦ２〜ＳＦ５が開放面ＯＳ２〜ＯＳ５となっていることで、さらに気泡等を逃がしやすい構成となっている。
【００６４】
〔その他〕
以上各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。
【００６５】
上記の説明では、角度変換部２３の外表面とこれに隣接する導光本体部２２の外表面とは、同じ高さとなるものとして説明しているが、必ずしも完全に一致していない場合も想定される。例えば図１１に概念的に示すように角度変換部２３の外表面ＯＦ１と外表面ＯＦ１に隣接する外表面ＯＦ２，ＯＦ３（導光本体部２２の全反射面２２ａや全反射面２２ｂの一部に相当）における高さの差ＤＴ１，ＤＴ２が、例えば４０μｍ以下といった程度であれば、生じる段差によって見た目に違和感を生じたり、視界に影響を与えたりする可能性が低いと考えられる。特に、上記した保護層であるハードコート層２７を例えばコート液に浸けてディップ処理で施す場合には、コート液からの引き上げ方向や重力方向を配慮して、コート液の流れの下流側に向かって段差が下がる（厚みが小さくなる）ようにすれば、当該段差の部分において液垂れや液溜り等が発生することを抑制できる。
【００６６】
上記の説明では、映像表示素子として、透過型の液晶表示デバイス３２を用いているが、画像表示素子としては、透過型の液晶デバイスに限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶パネル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。また、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子用いた構成も可能である。さらに、レーザー光源とポリゴンミラーその他のスキャナーとを組みあわせたレーザースキャナーを用いた構成も可能である。なお、液晶表示デバイス３２やその光源において、角度変換部２３の光取出特性を考慮して輝度パターンの調整を行うこともできる。
【００６７】
上記の説明では、虚像表示装置１００は、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ映像表示装置１０及び導光装置２０を備えるとしているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ映像表示装置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。
【００６８】
上記の説明では、実施形態の導光装置２０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、実施形態の虚像表示装置１００をヘッドアップディスプレイとし、これに適用することもできる。
【００６９】
上記の説明では、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて、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映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明における全反射については、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂ上の全体又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、映像光の入射角が全反射条件を満たした上で、全反射面２２ａ，２２ｂの全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての映像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの映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全反射面２２ａ，２２ｂの全体又は一部がコートされていてもよい。
【００７０】
また、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂが平坦面（平面）である場合に限らず、平行な曲面形状である場合においても、本願発明を適用できる。また、この場合に、併せて角度変換部２３も平行な曲面にしておくことも考えられる。
【００７１】
また、角度変換部２３を複数の反射面で構成する場合において、各反射面を互いに平行な曲面（自由曲面含む）とすることも考えられる。
【００７２】
また、各面における平坦の度合、すなわち面粗さについて調整されてもよい。具体的には、例えば導光本体部２２の外表面のうち導光に寄与する全反射面２２ａ，２２ｂは、平坦度の高い面として形成する一方、これらに比して、接合の対象面となる対向面Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃや光射出接合面ＩＣ１については、接合強度を高める観点からある程度の粗さを有する面とすることが考えられる。
【００７３】
また、図１２Ａ及び１２Ｂにおいて概念的に例示するように、導光装置２０において、導光本体部２２の接合部ＣＪの形状に合わせて角度変換部２３の形状についても種々変更してもよい。なお、図示のように、角度変換部２３の側面ＳＦ１，ＳＦ３のうち左右一方の面又は両面を、種々の角度で傾斜をつけた平面とすることができる。このほか、例えば、角度変換部２３の側面を曲面等の形状とすることもできる。
【００７４】
また、例えば図１３において概念的に示すように、導光本体部２２と角度変換部２３とに加え、さらに導光本体部２２と同程度の屈折率を有する透過性の補強部材ＲＭを観察者側に設け、導光本体部２２と補強部材ＲＭとで角度変換部２３を挟持するような構成とすることで、角度変換部２３を導光装置２０の中央部（内部）に配置することも考えられる。なお、この場合、補強部材ＲＭ側にも全反射面（第１の全反射面２２ａ）が形成されるものとなる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…映像表示装置、２０…導光装置、２１…入射側角度変換部、２１ａ…映像光反射面、２１ｂ…境界部、２１ｃ…傾斜面部分、２１ｐ…第１部材、２１ｑ…第２部材、２２…導光本体部、２２ａ，２２ｂ…全反射面、２２ｐ…全反射面形成部、２２ｔ…上端面、２２ｗ…下端面、２３…角度変換部、２３ａ…映像光反射面、２３ｂ…境界部、２３ｃ…傾斜面部分、２３ｇ…ガラス部材、２３ｐ…第１部材、２３ｑ…第２部材、２３ｒ…反射面、２７…ハードコート層、３１…照明装置、３２…液晶表示デバイス、４０…投射レンズ、１００…虚像表示装置、１００Ａ，１００Ｂ…表示装置、１０１ａ，１０１ｂ…光学部材、１０２…フレーム部、１０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、１２０…導光装置、１２２…導光本体部、１２３…角度変換部、２２０…導光装置、２２２…導光本体部、２２３…角度変換部、Ａ１…矢印、ＣＪ…接合部、ＣＬ…隙間、Ｄ１…光入射部、Ｄ２…導光部、Ｄ３…光射出部、ＤＰ，ＤＰ１，ＤＰ２…溝部分、ＤＴ１，ＤＴ２…差、Ｅ２-Ｅ５…端面、ＥＹ…眼、Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ…対向面、ＧＬ…映像光、ＩＣ１…光射出接合面、ＩＦ…光入射面、ＯＦ…光射出面、ＯＦ１，ＯＦ２，ＯＦ３…外表面、ＯＳ１-ＯＦ５…開放面、ＰＳ１…映像光通過面、Ｓ１…第１主面、Ｓ２…第２主面、ＳＦ１-ＳＦ５…側面、Ｗ１…幅、α…状態、β…状態、ξ…角度
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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