(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を入射させる投射光学系と、
導光部と、前記導光部に前記画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、前記光射出部を介して前記画像光の観察を可能にするとともに、前記光射出部と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視補助部を有し、前記導光部の導光方向に沿って互いに対向して延びる第１側面と第２側面とを有する板状の導光装置とを備え、
前記導光装置において、前記第１側面と前記第２側面とのうち少なくとも一方に、外光の入射を抑える入射抑制部が設けられている、虚像表示装置。
【請求項２】
前記第１側面は、観察時に相対的に上方側に位置する上側面であり、前記第２側面は、観察時に相対的に下方側に位置する下側面である、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記導光装置は、前記導光部と前記光入射部と前記光射出部とを有する導光部材を備えるとともに、前記導光部材を上方側から支持する上側支持部材と前記導光部材を下方側から支持する下側支持部材とのうち少なくとも一方を有する支持フレームを備え、
前記上側面は、前記導光部材の上端面と前記上側支持部材の上面と前記導光部材の上端面に対向する前記上側支持部材の対向面とのうち少なくとも１つであり、
前記下側面は、前記導光部材の下端面と前記下側支持部材の下面と前記導光部材の下端面に対向する前記下側支持部材の対向面とのうち少なくとも１つである、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記支持フレームは、前記透視補助部を有する、請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記導光装置は、前記導光部と前記光入射部と前記光射出部とを一体的なブロック状の導光部材として備え、前記導光部材の上端面が前記第１側面であり、前記導光部材の下端面が前記第２側面である、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記入射抑制部は、前記第１及び第２側面の少なくとも一方に形成された光拡散面である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記入射抑制部は、前記第１及び第２側面の少なくとも一方に形成された光吸収面又は光反射面である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記入射抑制部は、前記第１及び第２側面の少なくとも一部に形成された着色部分である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記入射抑制部は、前記画像光を導く導光面に対して垂直な状態よりも観察者の眼側に向かうように所定の角度傾いている、請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
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を入射させる投射光学系と、
導光部と、前記導光部に前記画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、前記光射出部を介して前記画像光の観察を可能にするとともに、前記光射出部と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視補助部を有し、前記導光部の導光方向に沿って互いに対向して延びる第１側面と第２側面とを有する板状の導光装置とを備え、
前記導光装置において、前記第１側面と前記第２側面とが平行である、虚像表示装置。
【請求項１１】
前記第１側面は、観察時に相対的に上方側に位置する上側面であり、前記第２側面は、観察時に相対的に下方側に位置する下側面である、請求項１０に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記導光装置は、前記導光部と前記光入射部と前記光射出部とを有する導光部材を備えるとともに、前記導光部材を上方側から前記導光部材の上端面に接合して支持する上側支持部材と前記導光部材を下方側から前記導光部材の下端面に接合して支持する下側支持部材とのうち少なくとも一方を有する支持フレームを備え、
前記上側面は、前記導光部材の上端面と前記上側支持部材の上面とのうちの少なくとも一方であり、
前記下側面は、前記導光部材の下端面と前記下側支持部材の下面とのうちの少なくとも一方である、請求項１１に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
前記導光部材を構成する材料と前記支持フレームを構成する材料とが同一の屈折率であり、
前記支持フレームが前記上側支持部材及び前記下側支持部材の双方を備え、前記上側支持部材の上面及び前記下側支持部材の下面が前記上側面及び前記下側面である、請求項１２に記載の虚像表示装置。
【請求項１４】
前記導光部材を構成する材料と前記支持フレームを構成する材料とが同一の屈折率であり、
前記支持フレームが前記上側支持部材及び前記下側支持部材のうち一方を備え、支持部材を有する側においては、当該支持部材の上面又は下面が前記上側面又は前記下側面であり、支持部材を有さない側においては、露出する前記導光部材の上端面又は下端面が前記上側面又は前記下側面である、請求項１２に記載の虚像表示装置。
【請求項１５】
前記導光部材を構成する材料の屈折率と前記支持フレームを構成する材料の屈折率とに差があり、前記導光部材の上端面と前記導光部材の下端面とが平行である、請求項１２に記載の虚像表示装置。
【請求項１６】
前記導光装置は、前記導光部と前記光入射部と前記光射出部とを一体的なブロック状の導光部材として備え、前記導光部材の上端面が前記第１側面であり、前記導光部材の下端面が前記第２側面である、請求項１１に記載の虚像表示装置。
【請求項１７】
前記支持フレームは、前記透視補助部を有する、請求項１２から１６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１８】
前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする第１反射面と第２反射面とを有し、
前記光入射部は、前記第１反射面に対して所定の角度をなす第３反射面を有し、
前記光射出部は、前記第１反射面に対して所定の角度をなす第４反射面を有し、
前記画像表示装置における第１部分領域から射出される第１画像光の前記導光部における反射回数と、導光に際して反射によって光路の折り返しが生じる閉じ込め方向に関して前記第１部分領域とは異なる第２部分領域から射出される第２画像光の前記導光部における反射回数とは、互いに異なる、請求項１から１７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１９】
前記閉じ込め方向は、前記投射光学系を通る第１光軸と前記第３反射面の法線とを含む断面に平行である、請求項１８に記載の虚像表示装置。
【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画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。
【０００３】
このような虚像表示装置において、画像光と外界光とを重畳させるために、シースルー光学系の提案がなされている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１等に記載の装置では、瞳サイズよりも射出開口の小さい導光光学系を用いる瞳分割方式によってシースルーを実現しているため、虚像の表示サイズを大きくすることが困難である。また、瞳サイズよりも小さい導光光学系を用いるため、人間の個々の眼幅に対応するために有効瞳径（虚像の取り込みを可能にする採光径であり、アイリング径とも呼ぶ）を大きくすることが困難である。また、物理的に瞳付近に導光光学系の射出開口や筐体が配置されるため、死角が生じてしまい完全なシースルーとはいえなくなる。
【０００５】
なお、頭部装着ディスプレイ用の光学システムとして、導光角度の異なる複数の光モードを進行させることができる導光パイプを備えるものが存在する（特許文献３参照）。このような光学システムをおいて、射出側の第３光学面をハーフミラーとし第３光学面の透過光が直進するような工夫をすることで、シースルー型の表示装置にすることも考えられる。
【０００６】
しかし、特許文献３の光学システムでは、複数の光モードによる像が互いに位置ずれしていることを前提として、光モードごとに異なる入射角度に設定されたコリメート光で液晶パネルを照明する。そして、各光モードで表示内容を変更するとともに各光モードの表示をシーケンシャルに実行することで、各光モードの画像をつなぎ合わせて全体画像を得るようにしている。この場合、１つの液晶パネルによって、全体画像を構成する中央の画像と左右の画像とを時間差で変更しつつ表示しなければならず、虚像表示装置が複雑化し観察画像も暗くなる。
【０００７】
以上とは別に、眼前を覆うような光射出部を有する導光部材によって外界光に重ねて虚像の観察を可能にする虚像表示装置であって、時間差で画像をつなぎ合わせる必要のないものも考えられるが、大きな画像を表示することは容易でなく、シースルーのための外界光以外の不要な外光成分が装置内に入り込んでゴースト像を発生させたりコントラストを低下させたりするといった画像劣化を引き起こしやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３８７９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２４４７３号公報
【特許文献３】特開２００８−５３５００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、シースルー観察を可能にすることができ、外部から装置内に侵入する外光であってゴースト像の発生等の原因となり得る不要な成分の影響を抑制して良好な画像を形成可能にする虚像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の虚像表示装置は、（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を入射させる投射光学系と、（ｃ１）導光部と（ｃ２）導光部に画像光を入射させる光入射部と（ｃ３）導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、光射出部を介して画像光の観察を可能にするとともに、（ｃ４）光射出部と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視補助部を有し、（ｃ５）導光部の導光方向に沿って互いに対向して延びる第１側面と第２側面とを有する板状の（ｃ）導光装置とを備え、（ｄ）導光装置において、第１側面と第２側面とのうち少なくとも一方に、外光の入射を抑える入射抑制部が設けられている。ここで、第１側面や第２側面に入射抑制部が設けられている場合には、第１側面や第２側面上に入射抑制部となる部材等が付加される場合のみならず、第１側面や第２側面自体に加工がなされることで入射抑制部が形成されている場合のように、第１側面や第２側面と入射抑制部とが一体化している場合も含まれる。また、入射抑制部の対象となる外光とは、シースルー観察の際に観察者に認識される外界光ではなく、外界光とは異なる方向から装置内に侵入してゴースト像の発生等の原因となり得る不要な成分を意味する。
【００１１】
上記虚像表示装置では、入射抑制部が、導光部を主要部として有する導光装置の第１側面及び第２側面の少なくとも一方に形成されている。ここで、導光装置のうち導光部は、導光方向に沿って互いに対向して延びる第１側面及び第２側面から不要な外光の成分が侵入した場合に比較的表示上の影響を受けやすい。よって、第１側面又は第２側面に入射抑制部を形成することにより、当該外光が導光部内に入り込んでゴースト像を発生させたりコントラストを下げる要因となったりすることを抑制できる。なお、第１側面及び第２側面は、外界光の観察に影響しない箇所であることにより、入射抑制部を設けていても、導光部や光射出部等を介したシースルーによる外界の観察を確保することができる。
【００１２】
本発明の具体的な側面では、第１側面が、観察時に相対的に上方側に位置する上側面であり、第２側面が、観察時に相対的に下方側に位置する下側面である。この場合、第１側面が上方側からの不要な外光の侵入を抑制し、第２側面が下方側からの不要な外光の侵入を抑制する。
【００１３】
本発明の別の側面では、（ａ）導光装置が、導光部と光入射部と光射出部とを有する導光部材を備えるとともに、導光部材を上方側から支持する上側支持部材と導光部材を下方側から支持する下側支持部材とのうち少なくとも一方を有する支持フレームを備え、（ｂ）上側面が、導光部材の上端面と上側支持部材の上面と導光部材の上端面に対向する上側支持部材の対向面とのうち少なくとも１つであり、（ｃ）下側面が、導光部材の下端面と下側支持部材の下面と導光部材の下端面に対向する下側支持部材の対向面とのうち少なくとも１つである。この場合、支持フレームにより導光部材が支持されるとともに、導光部材や支持フレームに入射抑制部を設けることで、意図しない外光の影響で画像が劣化することを抑制できる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、支持フレームが、導光部材と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視補助部を有する。この場合、透視補助部を介して自然なシースルー観察が可能になり、外界像に虚像の画像を重ね合わせて観察することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、導光装置が、導光部と光入射部と光射出部とを一体的なブロック状の導光部材として備え、導光部材の上端面が第１側面であり、導光部材の下端面が第２側面である。この場合、導光部材の上端面及び下端面に入射抑制部を設けることで、不要な外光の影響を抑制できる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、入射抑制部が、第１及び第２側面の少なくとも一方に形成された光拡散面である。この場合、光拡散面において入射する外光を散乱させることで、外光に起因するゴースト像の発生を抑制できる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、入射抑制部が、第１及び第２側面の少なくとも一方に形成された光吸収面又は光反射面である。この場合、光吸収面において入射する外光を吸収させ、又は光反射面において入射する外光を反射させることで、不要な外光による観察画像の劣化を抑制できる。
【００１８】
本発明の別の側面では、入射抑制部が、第１及び第２側面の少なくとも一部に形成された着色部分である。この場合、着色部分において外光を遮光又は減光することで、不要な外光による観察画像の劣化を抑制できる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面では、入射抑制部が、画像光を導く導光面に対して垂直な状態よりも観察者側に向かうように所定の角度傾いている。この場合、光拡散面に入射する外光を低減できるので、光拡散面で散乱される光の量が減少し、コントラストの低下を抑えられる。
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明に係る第２の虚像表示装置は、（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を入射させる投射光学系と、（ｃ１）導光部と（ｃ２）導光部に画像光を入射させる光入射部と（ｃ３）導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、光射出部を介して画像光の観察を可能にするとともに、（ｃ４）光射出部と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視補助部を有し、（ｃ５）導光部の導光方向に沿って互いに対向して延びる第１側面と第２側面とを有する板状の（ｃ）導光装置とを備え、（ｄ）導光装置において、第１側面と第２側面とが平行である。
【００２１】
上記虚像表示装置では、導光装置において、導光部を主要部として有する第１側面と第２側面とが平行である。ここで、導光装置のうち導光部は、導光方向に沿って互いに対向して延びる第１側面及び第２側面から不要な外光の成分が侵入した場合に比較的表示上の影響を受けやすい。よって、第１側面と第２側面とが平行であることにより、第１側面又は第２側面を介して導光部にある角度で入射した不要な外光は、導光部において同じ角度を保って第１側面又は第２側面に再び向かうことになるので、当該側面で全反射されることなく効率的に外部に射出される。この場合、当該外光が導光装置の内部を伝って意図しない光路に導かれてゴースト像を発生させたりコントラストを下げる要因になったりする可能性を低減できる。なお、これらの側面は、外界光を遮断することがないので、導光部や光射出部等を介したシースルーによる外界の観察の妨げにならない。
【００２２】
本発明の具体的な側面では、第１側面が、観察時に相対的に上方側に位置する上側面であり、第２側面が、観察時に相対的に下方側に位置する下側面である。この場合、第１側面が上方側からの不要な外光の侵入を抑制し、第２側面が下方側からの不要な外光の侵入を抑制する。
【００２３】
本発明の別の側面では、（ａ）導光装置が、導光部と光入射部と光射出部とを有する導光部材を備えるとともに、導光部材を上方側から導光部材の上端面に接合して支持する上側支持部材と導光部材を下方側から導光部材の下端面に接合して支持する下側支持部材とのうち少なくとも一方を有する支持フレームを備え、（ｂ）上側面が、導光部材の上端面と上側支持部材の上面とのうちの少なくとも一方であり、（ｃ）下側面が、導光部材の下端面と下側支持部材の下面とのうちの少なくとも一方である。この場合、支持フレームにより導光部材が支持されるとともに、導光部材や支持フレームに設けられる上側面と下側面とが平行であることで、意図しない外光の影響で画像が劣化することを抑制できる。
【００２４】
本発明のさらに別の側面では、（ａ）導光部材を構成する材料と支持フレームを構成する材料とが同一の屈折率であり、（ｂ）支持フレームが上側支持部材及び下側支持部材の双方を備える場合、上側支持部材の上面及び下側支持部材の下面がそれぞれ上側面及び下側面であり、（ｃ）支持フレームが上側支持部材及び下側支持部材のうち一方を備える場合、支持部材を有する側においては、当該支持部材の上面又は下面が上側面又は下側面であり、支持部材を有さない側においては、露出する導光部材の上端面又は下端面が上側面又は下側面である。この場合、上側面と下側面とが平行であれば、導光部材及び支持フレームを通過する不要な外光を外部へ射出することが可能となる。
【００２５】
本発明のさらに別の側面では、導光部材を構成する材料の屈折率と支持フレームを構成する材料の屈折率とに差があり、導光部材の上端面と導光部材の下端面とが平行である。この場合、上側面と下側面とが平行で、かつ、導光部材の上端面と導光部材の下端面とが少なくとも平行であることによって、導光部材の屈折率と支持フレームの屈折率とに差があっても不要な外光を導光装置外へ射出することが可能となる。
【００２６】
本発明のさらに別の側面では、導光装置が、導光部と光入射部と光射出部とを一体的なブロック状の導光部材として備え、導光部材の上端面が第１側面であり、導光部材の下端面が第２側面である。この場合、導光部材の上端面と下端面とを平行とすることで、不要な外光を導光部材外へ射出することが可能となる。
【００２７】
本発明のさらに別の側面では、支持フレームが、導光部材と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視補助部を有する。この場合、透視補助部を介して自然なシースルー観察が可能になり、外界像に虚像の画像を重ね合わせて観察することができる。
【００２８】
本発明のさらに別の側面では、（ａ）導光部が、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする第１反射面と第２反射面とを有し、（ｂ）光入射部が、第１反射面に対して所定の角度をなす第３反射面を有し、（ｃ）光射出部が、第１反射面に対して所定の角度をなす第４反射面を有し、（ｄ）画像表示装置における第１部分領域から射出される第１画像光の導光部における反射回数と、導光に際して反射によって光路の折り返しが生じる閉じ込め方向に関して第１部分領域とは異なる第２部分領域から射出される第２画像光の導光部における反射回数とが、互いに異なる。この場合、反射回数の異なる画像光を利用することで、光射出部から射出される画像光の射出角度の角度幅を広くとることができる。つまり、画像表示装置における異なる部分領域からの画像光を比較的広い視野角で取り込むことができるようになり、光射出部越しに観察される虚像の表示サイズを大きく確保することができる。このように反射回数が異なる画像光を取り出す構造とすることにより、導光部をあまり厚くすることなく瞳を覆うように光射出部を大きくすることができる。なお、以上の閉じ込め方向は、板状の導光部内においては、第１反射面の平面と垂直であって、第１反射面と第３反射面の交線に垂直な方向を意味する。また、閉じ込め方向は、光入射部よりも光路的に上流側すなわち投射光学系等において、第１反射面の平面と平行であって、第１反射面と第３反射面の交線に垂直な方向に相当するものとなる。
【００２９】
本発明のさらに別の側面では、閉じ込め方向が、投射光学系を通る第１光軸と第３反射面の法線とを含む断面に平行である。この場合、上記断面方向に関して異なる位置からの画像光は、射出角度すなわち光入射部への入射角度を互いに異なるものとすることで、導光部における反射回数を異なるものとできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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部分断面図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。
【図３】（Ａ）は導光部材の正面図であり、（Ｂ）は導光部材の下面図であり、（Ｃ）は導光部材の左側面図であり、（Ｄ）は導光部材の右側面図である。
【図４】（Ａ）は支持部材の裏面図であり、（Ｂ）は支持部材のＢＢ断面図であり、（Ｃ）は支持部材の左側面図であり、（Ｄ）は支持部材のＣＣ断面図である。
【図５】第１表示装置の本体部分を示す模式的な斜視図である。
【図６】（Ａ）は、導光部材の光入射部における第３反射面の構造を説明する図であり、（Ｂ）は、導光部材の導光部における第１、２反射面の構造を説明する図であり、（Ｃ）は、導光部材の光射出部における第４反射面の構造を説明する図である。
【図７】（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８】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９】（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１０】外光の処理を説明するための導光部材の正面図である。
【図１１】（Ａ）は、第２実施形態の虚像表示装置を説明するために支持部材の一例を模式的に示す図であり、（Ｂ）は、支持部材の他の一例を模式的に示す図である。
【図１２】第３実施形態の虚像表示装置を説明するための支持部材の一例を模式的に示す図である。
【図１３】第４実施形態の虚像表示装置を説明するための支持部材の一例を模式的に示す図である。
【図１４】（Ａ）は、第５実施形態の虚像表示装置を説明するために導光部材の一例を示す模式的な斜視図であり、（Ｂ）は、導光部材の正面図である。
【図１５】変形例の虚像表示装置を説明するために導光部材の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１６】第６実施形態の虚像表示装置を説明するために表示装置の本体部分の一部を示す模式的な斜視図である。
【図１７】（Ａ）は、第７実施形態の虚像表示装置を説明するための側面図であり、（Ｂ）は、比較例の図である。
【図１８】（Ａ）は、第８実施形態の虚像表示装置を説明するための側面図であり、（Ｂ）は、変形例の側面図である。
【図１９】（Ａ）は、第９実施形態の虚像表示装置を説明するための画像光の導光状態を説明する図であり、（Ｂ）は、液晶表示デバイスの虚像を概念的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔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。
【００３２】
〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す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を支持する支持部１２１と、支持部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。
【００３３】
〔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。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。
【００３４】
図２（Ａ）等に示す第１表示装置１００Ａにおいて、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。なお、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。
【００３５】
（１）画像形成装置
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、透過型の空間光変調装置である液晶表示デバイス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。
【００３６】
照明装置３１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源３１ａと、光源３１ａからの光を拡散させて矩形断面の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、駆動制御部３４等を動作させる電源は、軽量化のため画像形成装置１０の外部に設けること、すなわち外付けとすることができる。また、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。投射光学系１２は、図２（Ａ）では鏡筒１２ａのみを示すが、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。
【００３７】
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と、後述する導光部材２１の第３反射面２１ｃに平行な特定線とを含む縦断面の延びる方向に対応し、第２方向Ｄ２は、上記第１光軸ＡＸ１と、上記第３反射面２１ｃの法線とを含む横断面の延びる方向に対応する。言い換えれば、第１方向Ｄ１は、後述する導光部材２１の第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとを延長してできる交線ＣＬに平行な方向であり、第２方向Ｄ２は、上記第１反射面２１ａとの平面と平行であり、上記第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとの交線ＣＬ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。
【００３８】
（２）導光装置
導光装置２０は、導光部材２１とフレーム部分２３とを備え、導光部材２１は、フレーム部分２３に接合されて、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。
【００３９】
導光装置２０のうち、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、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２方向Ｄ２に相当するものとなり、導光に際して反射によって折り返されない縦方向すなわち自由伝搬方向は、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。
【００４０】
導光部材２１は、図３（Ａ）〜３（Ｄ）に示すように、平面視において台形のプリズム状部材であり、フレーム部分２３は、図４（Ａ）〜４（Ｄ）に示すように、正面視においてＨ字状の支持フレーム１２３の半分であり、コ字状の外観を有し、図５にも示すように、導光部材２１を嵌合可能とする。つまり、導光部材２１は、支持フレーム１２３に対してそのくり抜き部ＳＰを埋めるように嵌合しており、支持フレーム１２３の中央部材２４ａと上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとに接合されて固定されている。支持フレーム１２３の上側支持部材２４ｂの先端部に設けた第１連結部２４ｅと下側支持部材２４ｃの先端部に設けた第２連結部２４ｆとは、ネジ（不図示）等によって投射光学系１２の鏡筒１２ａに連結されている。中央部材２４ａには、鼻パッドを嵌め込むためのくり抜き２４ｘが形成されている。
【００４１】
（２ａ）導光部材
図３（Ａ）〜３（Ｄ）等に示すように、導光部材２１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、第４反射面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上斜面と下斜面とである上端面２１ｅと下端面２１ｆとを有する。さらに、導光部材２１は、上端面２１ｅと第１反射面２１ａとの境界に上端面２１ｅに沿って直線状に延びる第１凸状部２１ｍを有し、下端面２１ｆと第１反射面２１ａとの境界に下端面２１ｆに沿って直線状に延びる第２凸状部２１ｎを有する。
【００４２】
ここで、第１及び第２反射面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。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、以下に詳述するが、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２１ｊが設けられている。また、第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとの間にも、稜を除去するように端面２１ｉが設けられている。
【００４３】
なお、第１凸状部２１ｍは、導光部材２１を支持フレーム１２３の上側支持部材２４ｂに固定する際のガイド及び支持体となっており、第２凸状部２１ｎは、導光部材２１を支持フレーム１２３の下側支持部材２４ｃに固定する際のガイド及び支持体となっている。
【００４４】
図２（Ａ）に戻って、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。このように導光部材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。
【００４５】
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、光入射面ＩＳを通過した画像光ＧＬを反射して導光部Ｂ２内に導くための矩形の全反射ミラーであり、ミラー層２５を有し保護層２６で被覆されている（図６（Ａ）参照）。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の斜面ＲＳ上にアルミ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。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。
【００４６】
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、ミラー層等の反射コートが施されていない。ただし、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で被覆されている（図６（Ｂ）参照）。このハードコート層２７は、導光部材２１の平坦面ＦＳ上にＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等を、ディップ処理やスプレーコート処理等によって成膜する事によって形成される。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、導光装置２０の奥側即ち光射出部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。
【００４７】
以上の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂでの全反射は、ハードコート層２７の屈折率の設定によっており、ハードコート層２７の表面ＳＳの内側で生じさせることができるが、平坦面ＦＳの内側で生じさせることもできる。
【００４８】
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表側の平面であり、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矩形の平坦面であり、例えばその一部にハーフミラー層２８を有している（図６（Ｃ）参照）。このハーフミラー層２８は、導光部材２１の第３反射面２１ｃ側の斜面ＲＳ上にＡｇ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。ハーフミラー層２８の反射率は、例えば２０％に設定され、透過率は、例えば８０％に設定される。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、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、フレーム部分２３に入射し、映像の形成には利用されない。
【００４９】
（２ｂ）フレーム部分
フレーム部分２３は、図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、支持フレーム１２３の中央部材２４ａのうち導光部材２１に接合する部分であって導光部材２１と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする部分である透視補助部Ｃ１と、導光部材２１を支持する上側支持部材２４ｂや下側支持部材２４ｃ等を含む支持部Ｃ２とを備える。なお、透視補助部Ｃ１及び支持部Ｃ２を含むフレーム部分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。また、フレーム部分２３は、導光部材２１の本体と同一の屈折率を有し、視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。
【００５０】
透視補助部Ｃ１は、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。
【００５１】
透視補助部Ｃ１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１及び第２面２３ａ，２３ｂ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、ハードコート層で被覆されている。第１及び第２面２３ａ，２３ｂ間に挟まれた第３面２３ｃは、矩形の透過面であり、導光部材２１の第４反射面２１ｄと合致するように第１面２３ａに対して例えば１５３°〜１５５°の鈍角で傾斜し、第２面２３ｂに対して例えば２５°〜２７°の鋭角で傾斜している。つまり、第３面２３ｃと第２面２３ｂとの成す角は、導光部材２１の第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとが成す鋭角βと等しいものとなっている。同様に、第３面２３ｃと第１面２３ａとの成す角は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第４反射面２１ｄとが成す鈍角εと等しいものとなっている。以上により、透視補助部Ｃ１は、フレーム部分２３の光射出部Ｂ３に接続されて、−Ｘ方向に広がる楔状の部分となっている。
【００５２】
以上で説明したフレーム部分２３の透視補助部Ｃ１は、導光部材２１と協働して、両者の接合部分及びその近傍すなわち、観察者の眼前に対向する部位において、透視部Ｕ１を構成している。透視補助部Ｃ１の第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させる光透過面であるが、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、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観察することになる。
【００５３】
以上で説明したフレーム部分２３は、図４（Ａ）〜４（Ｄ）に示す支持フレーム１２３のうち左眼用の半分である。つまり、支持フレーム１２３は、図３（Ａ）に示す導光部材２１と鏡対称に配置されるもう１つの導光部材を周囲から支持するフレーム部分２３を右眼用の半分として有する。
【００５４】
支持フレーム１２３の各フレーム部分２３にプリズム状の導光部材２１を固定する際には、支持フレーム１２３の透視補助部Ｃ１に設けた第３面２３ｃに対して導光部材２１の第４反射面２１ｄを接着剤を介して接合する。このような貼り合わせの際、導光部材２１の端面２１ｉを透視補助部Ｃ１の係止面２３ｇに軽く押し付けるように当接させつつ導光部材２１を抜き部ＳＰに嵌め込むことで、導光部材２１をフレーム部分２３に対して精密に位置決めできる。
【００５５】
各フレーム部分２３において支持部Ｃ２を構成する上側支持部材２４ｂは、導光部材２１の取付けに際して導光部材２１の上側の第１凸状部２１ｍをＺ方向に関して支持する段差面２４ｓと、Ｙ方向に関して位置決めする側面２４ｔとを有する。導光部材２１の第１凸状部２１ｍは、接着剤によって上側支持部材２４ｂの段差面２４ｓと側面２４ｔとに固定される。なお、導光部材２１の取付けに際しては、導光部材２１の上端面２１ｅも、接着剤を介して上側支持部材２４ｂに設けた上内面である対向面２３ｄに接合される。
【００５６】
各フレーム部分２３の支持部Ｃ２を構成する下側支持部材２４ｃは、導光部材２１の取付けに際して導光部材２１の下側の第２凸状部２１ｎをＺ方向に関して支持する段差面２４ｓと、Ｙ方向に関して位置決めする側面２４ｔとを有する。導光部材２１の第２凸状部２１ｎは、接着剤によって上側支持部材２４ｂの段差面２４ｓと側面２４ｔとに固定される。なお、導光部材２１の取付けに際しては、導光部材２１の下端面２１ｆも、接着剤を介して下側支持部材２４ｃに設けた下内面である対向面２３ｅに接合される。
【００５７】
上側支持部材２４ｂの端部と下側支持部材２４ｃの端部とにそれぞれ設けた連結部２４ｅ，２４ｆは、投射光学系１２の鏡筒１２ａをフレーム部分２３に固定するために用いられるだけでなく、図１に示す遮光用のケース１４１を取り付けるために利用される。
【００５８】
ここで、図５に示すように、各フレーム部分２３において、上側支持部材２４ｂの上方側（＋Ｙ側）に位置する上側面である上面ＴＳは、細かな凹凸で形成される砂刷り面であり、入射する光を拡散する光拡散面となっている。同様に、下側支持部材２４ｃの下方側（−Ｙ側）に位置する下側面である下面ＢＳも、光拡散面となっている。上面ＴＳ及び下面ＢＳが光拡散面であることで、例えば上面ＴＳから入射する外光ＯＧは拡散され、支持フレーム１２３や導光部材２１の内部を直進しないものとなっている。つまり、上面ＴＳ及び下面ＢＳは、外光ＯＧの入射を抑える入射抑制部として機能している。
【００５９】
〔Ｃ．画像光の光路の概要〕
図７（Ａ）は、液晶表示デバイス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。
【００６０】
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。なお、上側の画像光ＧＬａと下側の画像光ＧＬｂとは、観察者の眼ＥＹに時間差をおいて入射するのではなく、観察者の眼ＥＹに同時に入射する。
【００６１】
図７（Ｂ）は、液晶表示デバイス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（閉じ込め方向又は合成方向）Ｄ２に沿った横断面すなわち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ＧＬｃ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ＧＬｄとする。図７（Ｂ）中には、参考のため、右寄り内側から射出される画像光ＧＬｅと、左寄り内側から射出される画像光ＧＬｆとを追加している。
【００６２】
右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬｃ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の右方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ＧＬｄ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。なお、上側の画像光ＧＬｃと下側の画像光ＧＬｄとは、同時に合成されて光射出部Ｂ３から射出される。つまり、上側の画像光ＧＬｃと下側の画像光ＧＬｄとは、観察者の眼ＥＹに時間差をおいて入射するのではなく、観察者の眼ＥＹに同時に入射する。
【００６３】
なお、第２方向Ｄ２の横方向に関しては、導光部材２１中で画像光ＧＬｃ，ＧＬｄが反射によって折り返され、反射の回数も異なることから、各画像光ＧＬｃ，ＧＬｄ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ＧＬｃ，ＧＬｄ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ＧＬｃの射出角度θ１'と左側の画像光ＧＬｄの射出角度θ２'とは異なるものに設定されている。
【００６４】
以上により、観察者の眼ＥＹに入射する画像光ＧＬａ，ＧＬｂ，ＧＬｃ，ＧＬｄ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。
【００６５】
〔Ｄ．横方向に関する画像光の光路〕
図８は、第１表示装置１００Ａにおける具体的な光路を説明する断面図である。投射光学系１２は、３つのレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有している。
【００６６】
液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、投射光学系１２のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３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ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい角度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ＧＬ１１，ＧＬ１２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、第１反射角γ１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ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１反射角γ１を保った状態で、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ＧＬ１１，ＧＬ１２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。画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、この第４反射面２１ｄで第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方向に対して角度θ１の傾きで平行光束として射出される。
【００６７】
液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、投射光学系１２のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３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ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい角度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ＧＬ２１，ＧＬ２２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、第２反射角γ２（γ２＜γ１）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ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第２反射角γ２を保った状態で、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ＧＬ２１，ＧＬ２２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。画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、この第４反射面２１ｄで第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方向に対して角度θ２（θ２≒θ１）の傾きで平行光束として射出される。
【００６８】
図８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、第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２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に入射することが分かり、第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２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に入射することが分かる。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のレンズＬ３を重ねて観察可能であることになる。
【００６９】
図９（Ａ）は、液晶表示デバイス３２の表示面を概念的に説明する図であり、図９（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９（Ｃ）及び９（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。図９（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９（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、液晶表示デバイス３２の画像形成領域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が形成され、この第１投射像ＩＭ１は、図９（Ｃ）に示すように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第２投射像ＩＭ２が虚像として形成され、この第２投射像ＩＭ２は、図９（Ｄ）に示すように左半分が欠けた部分画像となっている。図９（Ｃ）に示す第１投射像ＩＭ１と、図９（Ｄ）に示す第２投射像ＩＭ２とは、この場合、観察者の眼ＥＹ内に同時に入射し同時に結像される。
【００７０】
図９（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ＧＬ１１，ＧＬ１２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ＧＬ２１，ＧＬ２２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９（Ｂ）に示す重複画像ＩＳ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ＧＬ１１，ＧＬ１２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ＧＬ１１，ＧＬ１２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ＩＳ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。なお、重畳の生じている帯域ＳＡの横幅又は重畳幅は、液晶表示デバイス３２を照明する照明光ＳＬの角度範囲を制御することで調整可能である。本実施形態では、照明光ＳＬの角度範囲を特に調節していないので、バックライト導光部３１ｂ等の発散特性に応じた横幅又は重畳幅の帯域ＳＡが存在することになる。
【００７１】
以上では、液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１を含む第１部分領域Ａ１０から射出された画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射回数が計３回で、液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２を含む第２部分領域Ａ２０から射出された画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射回数が計５回であるとしたが、全反射回数については適宜変更することができる。つまり、導光部材２１の外形（すなわち厚みｔ、距離Ｄ、鋭角α，β）の調整によって、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の全反射回数を計５回とし、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数を計７回とすることもできる。また、以上では、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数が奇数となっているが、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを反対側に配置するならば、すなわち導光部材２１を平面視で平行四辺形型にすれば、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数が偶数となる。
【００７２】
〔Ｅ．不要な外光の処理〕
ここで、フレーム部分２３の上面ＴＳと下面ＢＳとに設けられた入射抑制部としての光拡散面の意味についてより詳細に説明する。導光装置２０を構成する導光部材２１のうち導光部Ｂ２は、導光方向であるＸ方向に沿って側方に延びる面等から外光が侵入した場合に比較的表示上の影響を受けやすい。従って、以上のような画像光ＧＬの形成を適切に行うためには、図２（Ａ）に示す外界光ＧＬ'とは異なる方向から導光装置２０内に入り込みゴースト像の発生等の原因となり得る不要な外光ＯＧ（図５参照）を適切に処理することが非常に重要である。本実施形態の場合、図１０に示すように、導光方向に延びる面のうち上方側（＋Ｙ側）に位置する第１側面Ｓ１の一例である上側支持部材２４ｂの上面ＴＳが、光の入射を抑制可能な光拡散面で形成されている。同様に、導光方向に延びる面のうち下方側（−Ｙ側）に位置する第２側面Ｓ２の一例である下側支持部材２４ｃの下面ＢＳが、光の入射を抑制可能な光拡散面で形成されている。これにより、例えば導光装置２０の面ＴＳにおいて、入射する外光ＯＧが図示のように拡散されるので、外光ＯＧがゴースト像として観察者に認識されることはない。なお、上面ＴＳと下面ＢＳは、観察者が外界を見る際に視界に入ることはないので、光拡散面となっていてもシースルーの状態に影響を与えない。
【００７３】
光拡散面である上面ＴＳ及び下面ＢＳの凹凸形状は、種々の方法により形成可能であるが、一例としては、支持フレーム１２３を射出成型するための成型金型に凹凸形状を設けることが考えられる。つまり、当該成型金型のうち上面ＴＳ及び下面ＢＳに対応する部分に予め凹凸を設けておくことで、支持フレーム１２３の成形時に上面ＴＳ及び下面ＢＳが凹凸形状を有する状態で一体的に成型できる。なお、上面ＴＳ及び下面ＢＳの凹凸形状を後から取り付けることで設けてもよい。なお、支持フレーム１２３をガラス材で形成する場合には、サンドブラストによって凹凸形状を設けてもよい。
【００７４】
以上のように、本実施形態では、上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとにおいて、入射する光を拡散する光拡散面である上面ＴＳ及び下面ＢＳが、導光装置２０の導光部Ｂ２の導光方向に沿って対向して延びる第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２に入射抑制部として設けられている。これにより、第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２から外光ＯＧが入り込んでゴースト像を発生させることやコントラストを低下させることを抑制できる。また、第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２である上面ＴＳ及び下面ＢＳは、外界光の観察に影響しない箇所に配置されているので、光拡散機能を有する上面ＴＳ及び下面ＢＳを設けていても、シースルーによる外界の観察を確保できる。
【００７５】
〔Ｆ．その他〕
以上説明した第１実施形態の虚像表示装置１００では、光入射部Ｂ１の第３反射面２１ｃで反射された画像光ＧＬが導光部の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射されつつ伝搬され、光射出部Ｂ３の第４反射面２１ｄで反射されて観察者の眼ＥＹに入射する。この際、画像表示装置１１の第１表示点Ｐ１から射出される第１画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の導光部における反射回数と、画像表示装置１１の第２表示点Ｐ２から射出される第２画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の導光部Ｂ２における反射回数とが異なるので、光射出部Ｂ３から射出される画像光ＧＬの射出角度の角度幅を広くとることができる。つまり、画像表示装置１１における異なる部分領域Ａ１０，Ａ２０からの画像光ＧＬを比較的広い視野角で取り込むことができるようになり、光射出部Ｂ３越しに観察される虚像の表示サイズを大きく確保することができる。このように、反射回数が異なる画像光ＧＬを取り出す構造とすることにより、導光部Ｂ２をあまり厚くすることなく瞳を覆うように光射出部Ｂ３を大きくすることができるので、光射出部Ｂ３を瞳に近づけて瞳分割を行う必要がなくなり、アイリング径を大きく確保することができ、良好なシースルー観察も可能になる。
【００７６】
また、上記虚像表示装置１００では、支持フレーム１２３が導光部材２１と組み合わせることによって透視部Ｕ１を構成する透視補助部Ｃ１を有するので、画像光の観察のための導光部材２１を支持フレーム１２３に組み付けることで、透視部Ｕ１によるシースルーによる外界の観察が可能になる。また、支持フレーム１２３に透視補助部Ｃ１を設けることで、導光部材２１を軽量化しつつ支持フレーム１２３の強度を高めることができる。
【００７７】
〔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、第２実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を変形したものであり、入射抑制部の構成を除いて同様であるので、支持フレームの一部のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００７８】
図１１（Ａ）は、図５の一部に対応するものであり、図示の支持フレーム１２３の半分であるフレーム部分２３において、上側支持部材２４ｂの上面ＴＳと下側支持部材２４ｃの下面ＢＳとは、光吸収面となっている。つまり、図５等の場合において光拡散面であった上面ＴＳと下面ＢＳとが光吸収面である点において、第１実施形態と異なっている。この場合、上面ＴＳ及び下面ＢＳにおいて外光ＯＧを吸収することで、外光ＯＧが導光部材２１の内部に入り込んでゴースト像を発生させること等を抑制できる。また、図１１（Ｂ）は、変形例の一例を示すものであり、上面ＴＳと下面ＢＳとが光反射面である点において、上記の例とは異なっている。この場合、上面ＴＳ及び下面ＢＳにおいて外光ＯＧを反射することで、外光ＯＧが導光部材２１の内部に入り込んでゴースト像の発生を抑制できる。
【００７９】
〔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、第３実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置を変形したものであり、入射抑制部の構成を除いて同様であるので、支持フレームの一部のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００８０】
図１２は、図５のうちフレーム部分２３側の一部に対応するものであり、図示の支持フレーム１２３の半分であるフレーム部分２３において、入射抑制部として、上側支持部材２４ｂの上面ＴＳと下側支持部材２４ｃの下面ＢＳのほか、導光部材２１の各端面２１ｅ，２１ｆ（図５等参照）にそれぞれ対向する対向面２３ｄ，２３ｅや、段差面２４ｓ、側面２４ｔ、側方部分ＦＦ１，ＦＦ２の表面が着色されている。つまり、フレーム部分２３の一部に遮光や減光を可能とするための着色部分が設けられている。なお、図示の例ではフレーム部分２３の表面の一部分のみ着色しているが、シースルー観察に影響を与えない範囲であれば、これ以外に着色されていてもよく、例えばフレーム部分２３の内部に着色部分が形成されていてもよい。この場合も、少なくとも外光の影響を受けやすい導光方向に沿って対向して延びる第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２である上面ＴＳや下面ＢＳ、同じく第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２である対向面２３ｄ，２３ｅに入射抑制部としての着色部分を有することで、外光ＯＧが導光部材２１の内部に入り込んでゴースト像を発生させること等を抑制できる。
【００８１】
〔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、第４実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置を変形したものであり、入射抑制部の構成を除いて同様であるので、支持フレームの一部のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００８２】
図１３は、図５のうちフレーム部分２３側の一部に対応するものであり、図示の支持フレーム１２３の半分であるフレーム部分２３において、入射抑制部として、第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２である対向面２３ｄ，２３ｅに光拡散面を有している。対向面２３ｄ，２３ｅに入射抑制部としての光拡散面を有することで、外光ＯＧが導光部材２１の内部に入り込んでゴースト像を発生させること等を抑制できる。なお、図示では、対向面２３ｄ，２３ｅを光拡散面としているが、これを光吸収面や光反射面とすることも可能である。
【００８３】
〔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、第５実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置を変形したものであり、入射抑制部の構成を除いて同様であるので、導光部材のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００８４】
図１４（Ａ）は、図５の導光部材２１に対応するものであり、図示の導光部材２１において、入射抑制部として、導光方向に沿って対向して延びる第１側面Ｓ１である上端面２１ｅと第２側面Ｓ２である下端面２１ｆとが光拡散面になっている。この場合、図１４（Ａ）及び１４（Ｂ）に示すように、例えば上端面２１ｅから入射する外光を拡散することで、外光ＯＧが導光部材２１の内部に入り込んでゴースト像を発生させること等を抑制できる。なお、図示では、上端面２１ｅ及び上端面２１ｅを光拡散面としているが、これを光吸収面や光反射面とすることも可能である。
【００８５】
図１５は、変形例を示す図である。図示のように、上端面２１ｅと下端面２１ｆとに加え、その周辺に位置する例えば第１及び第２凸状部２１ｍ，２１ｎ等にも光拡散面等を有するものとしてもよい。
【００８６】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第６実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置を変形したものであり、導光部材及びフレーム部分の構成を除いて同様であるので、導光装置の一部のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００８７】
図１６に示す導光装置２０は、図５等に示すフレーム部分２３に比較して、支持部材を有さない構成となっている点が異なる。つまり、図１６に示すフレーム部分２３は、コ字状の外観を有さず、中央部材２４ａのみを有し、図５等に示す上側支持部材２４ｂや下側支持部材２４ｃを有さず、射出成型によって一体的に成型された一体的な導光部材２１が±Ｙ方向の面すなわち上端面２１ｅ及び下端面２１ｆについて露出した構成となっている。図示の導光装置２０において、入射抑制部として、導光方向に沿って対向して延びる第１側面Ｓ１である導光部材２１の上端面２１ｅ及び第２側面Ｓ２である下端面２１ｆ、さらに、これらの延長上にある中央部材２４ａの上端面２４ｋ及び下端面２４ｍが光拡散面になっている。これにより、外光ＯＧが導光部材２１の内部に入り込んでゴースト像を発生させること等を抑制できる。なお、図示では、上端面２１ｅ等を光拡散面としているが、これを光吸収面や光反射面とすることも可能である。
【００８８】
〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第７実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置を変形したものであり、入射抑制部の構成を除いて同様であるので、導光装置の一部のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００８９】
図１７（Ａ）に示す導光装置２０は、光拡散面である上側支持部材２４ｂの上面ＴＳ及び下側支持部材２４ｃの下面ＢＳが傾いている。具体的には、図１７（Ｂ）に示す比較例が画像光を導く導光面である第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して垂直であるのと比べて、図１７（Ａ）の導光装置２０では、上面ＴＳ及び下面ＢＳが、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して垂直な状態よりも観察者ＥＹ側に向かうように角度εだけそれぞれ傾いている。これにより、図示のように、観察者ＥＹの反対側から向かってくる方向すなわち−Ｚ方向に成分を有する外光ＯＧが上面ＴＳ及び下面ＢＳに入射できる範囲を狭めて導光装置２０内により侵入しにくいものにすることができる。この場合、光拡散面であり第１及び第２側面である上面ＴＳ及び下面ＢＳに入射する外光ＯＧの量を低減できるので、上面ＴＳ及び下面ＢＳで散乱される光の量が減少し、コントラストの低下を抑えられる。なお、観察者ＥＹの側から導光装置２０に向かう成分すなわち＋Ｚ方向に成分を有する外光については、観察者ＥＹが壁となるので、元々あまり存在しないものと考えられる。また、角度εを調整することで、外光ＯＧが入射できる範囲は適宜調整される。なお、図示では上端面ＴＳや下端面ＢＳ等を光拡散面としているが、これを光吸収面や光反射面とすることも可能である。
【００９０】
〔第８実施形態〕
以下、第８実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第８実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態等の虚像表示装置を変形したものであり、不要な外光を処理するための構成を除いて同様であるので、導光装置の一部のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【００９１】
図１８（Ａ）に示す導光装置２０は、第１側面Ｓ１である上側支持部材２４ｂの上面ＴＳと第２側面Ｓ２である下側支持部材２４ｃの下面ＢＳとがともに平坦であり、互いに平行になっている。また、導光部材２１を構成する材料の屈折率と、上側支持部材２４ｂ及び下側支持部材２４ｃを構成する材料すなわちフレーム部分２３を構成する材料の屈折率とが等しいものとなっている。
【００９２】
以下、処理すべき対象となる不要な外光について説明する。上面ＴＳや下面ＢＳに入射する外光のうち、除去すべき成分は、導光装置２０内を上下方向について導光されるようなものである。図では、一例として、外光ＯＧとして、上面ＴＳから入射し、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射されながら下面ＢＳへ向かうものを示している。このように、上面ＴＳ又は下面ＢＳの一方の面から入射して第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを全反射しながら又は直接的に導光部材２１内を伝って他方の面ＢＳ，ＴＳに向かう成分が、他方の面ＢＳ，ＴＳにおいて全反射されてしまうことで、導光装置２０内でのゴースト像の発生やコントラストの低下の要因となる。本実施形態では、このような外光ＯＧを適切に排出することが可能なものとなっている。
【００９３】
まず、図示のように、上面ＴＳから入射角ψで入射する不要な外光ＯＧは、外部（空気中）の屈折率と上側支持部材２４ｂの屈折率との差に応じて屈折角ψ１で上側支持部材２４ｂの内部を通過する。ここで、フレーム部分２３すなわち上側支持部材２４ｂと導光部材２１とが同一の屈折率を有するので、外光ＯＧは、上側支持部材２４ｂの対向面２３ｄと導光部材２１の上端面２１ｅとの境界部Ｍ１において進行方向を変えることなく通過する。つまり、上面ＴＳに対する屈折角ψ１が保たれている。
【００９４】
境界部Ｍ１を通過した外光ＯＧは、導光部材２１内において第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂでの全反射を繰り返して導光され、下側支持部材２４ｃの対向面２３ｅと導光部材２１の下端面２１ｆとの境界部Ｍ２に向かう。ここで、フレーム部分２３すなわち下側支持部材２４ｃと導光部材２１とが同一の屈折率を有するので、外光ＯＧは、境界部Ｍ２において進行方向を変えることなく通過する。従って、外光ＯＧは、上面ＴＳに対する屈折角ψ１を保ったまま下側支持部材２４ｃの下面ＢＳに向かう。ここで、上面ＴＳと下面ＢＳとが平行であり、かつ、外光ＯＧの屈折角ψ１が保たれているため、下面ＢＳにおいて入射時の入射角ψがそのまま射出時の角度となる。このように、下面ＢＳでの射出時において、上面ＴＳでの入射時と同じ角度条件が保たれていることで、外光ＯＧが下面ＢＳで全反射されることがなく、外光ＯＧの主要成分である外光ＯＧ'が下面ＢＳから導光装置２０外へ射出される。以上のように、外光ＯＧが適切に処理されるので、外光ＯＧに起因するゴースト像の発生やコントラストの低下を低減できる。また、以上では、上下方向について導光する外光ＯＧのうち、上方側にある上面ＴＳから下方側にある下面ＢＳに向かって進む成分について説明しているが、下面ＢＳから入射して上面ＴＳに向かう成分の処理についても同様のことが言える。また、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを全反射することなく直接的に上面ＴＳから下面ＢＳに向かう又は下面ＢＳから上面ＴＳに向かう成分についても同様である。なお、図示の場合等と異なり導光部材２１内を上下方向について導光せず左右を横切るように通過する成分については、元々ゴースト像の発生等の要因になることは殆どないものと考えられる。また、上面ＴＳ等は、光を遮断することがないので、シースルーによる外界の観察の妨げにならない。
【００９５】
以上のように、本実施形態では、第１側面Ｓ１すなわち上側面である上面ＴＳと第２側面Ｓ２すなわち下側面である下面ＢＳとを平行とすることで、たとえ外光ＯＧが導光部材２１内を通過することがあるとしても、外光ＯＧが導光部材２１内において意図しない光路に導かれてゴースト像を発生させたりコントラストを下げる要因になったりする可能性を低減できる。
【００９６】
図１８（Ｂ）に示す変形例の導光装置２０は、導光部材２１を構成する材料の屈折率と、上側支持部材２４ｂ及び下側支持部材２４ｃを構成する材料すなわちフレーム部分２３を構成する材料の屈折率とに差がある場合について示すものである。ここでは、図示のように、第１側面Ｓ１である上面ＴＳと第２側面Ｓ２である下面ＢＳとを互いに平行にするのみならず、導光部材２１の上端面２１ｅと下端面２１ｆとについても平行としている。つまり、上面ＴＳ、下面ＢＳ、上端面２１ｅ及び下端面２１ｆの４つの面が互いに平行となっている。
【００９７】
この場合、上面ＴＳから入射角ψで入射する不要な外光ＯＧは、外部（空気中）の屈折率と上側支持部材２４ｂの屈折率との差に応じて屈折角ψ２で上側支持部材２４ｂの内部を通過する。ここで、上側支持部材２４ｂと導光部材２１とが異なる屈折率を有するので、上端面２１ｅすなわち境界部Ｍ１において、屈折角ψ２を入射角とする外光ＯＧは、屈折角ψ３（ψ２≠ψ３）となる。
【００９８】
境界部Ｍ１を通過した外光ＯＧは、導光部材２１内において第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂでの全反射を繰り返して導光され、境界部Ｍ２に向かう。ここで、フレーム部分２３すなわち下側支持部材２４ｃと導光部材２１とが異なる屈折率を有するので、下端面２１ｆすなわち境界部Ｍ２において、屈折角ψ３を入射角とする外光ＯＧは、屈折角ψ２となって下側支持部材２４ｃ内を通過する。ここで、上面ＴＳと下面ＢＳとが平行であり、かつ、外光ＯＧの屈折角ψ２が保たれているため、下面ＢＳにおいて入射時の入射角ψがそのまま射出時の角度となる。従って、外光ＯＧが下面ＢＳで全反射されることがなく、外光ＯＧの主要成分である外光ＯＧ'は、下面ＢＳから導光装置２０外へ射出される。なお、下面ＢＳから入射して上面ＴＳに向かう成分の処理についても同様のことが言える。
【００９９】
また、以上では、上面ＴＳ、下面ＢＳ、上端面２１ｅ及び下端面２１ｆの４つの面すべてを互いに平行としているが、例えばフレーム部分２３と導光部材２１とで屈折率の差が大きい場合には、導光部材２１の境界である上端面２１ｅ及び下端面２１ｆで外光ＯＧが全反射されないことが主として必要な要件となるので、この場合、上端面２１ｅと下端面２１ｆとが平行であればよい。
【０１００】
また、以上では、フレーム部分２３が上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとの双方を有する構成として説明しているが、上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとのうち一方のみを備える構成としてもよい。この場合、例えばフレーム部分２３と導光部材２１とが同一の屈折率を有すれば、支持部材を有する側の上面ＴＳ又は下面ＢＳと支持部材を有さず露出する導光部材２１の上端面２１ｅ又は下端面２１ｆが平行であれば、上記と同様にして外光を外部へ射出することが可能となる。また、上側支持部材２４ｂや下側支持部材２４ｃを有さず、射出成型によって一体的に成型された一体的な導光部材２１が±Ｙ方向の面すなわち上端面２１ｅ及び下端面２１ｆについて露出し、上端面２１ｅと下端面２１ｆとが平行となっている構成としてもよい。
【０１０１】
〔第９実施形態〕
以下、第９実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第９実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を変形したものであり、横方向に関する画像光の光路の取り方を除いて同様であるので、図９に対応する観察者に見える液晶表示デバイスの画像を概念的に説明する図のみ示し、他の部分については図示及び説明を省略する。
【０１０２】
図１９（Ａ）及び１９（Ｂ）は、図９（Ａ）及び９（Ｂ）に対応する図であり、第１実施形態の図２（Ａ）等に示す導光部材２１の変形例を説明する図である。第１実施形態の説明では、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γ１，γ２のみで全反射されるとしたが、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１９に示すように、有効表示領域Ａ０の左側に例えば計３回全反射による投射像ＩＭ２１が形成され、有効表示領域Ａ０の中央寄りに例えば計５回全反射による投射像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。
【０１０３】
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の各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。
【０１０４】
まず、上記第１実施形態等において、光学パネル１１０を支持する支持部１２１のうち、上側支持部材２４ｂの上面ＴＳや下側支持部材２４ｃの下面ＢＳに対応する部分を、上面ＴＳや下面ＢＳの全体を覆うような形状とし、かつ、遮光性の部材で構成することで、当該部分を入射抑制部として機能させることも可能である。また、上面ＴＳや下面ＢＳ等に砂刷り面等の入射抑制部を形成する場合には、支持部１２１のうち上面ＴＳや下面ＢＳに対応する部分を当構成の部材としてもよく、また、当該部分を省略してもよい。
【０１０５】
上記第１実施形態では、フレーム部分２３において第３面２３ｃと第１面２３ａとの境界の全域に亘って係止面２３ｇを形成しているが、第３面２３ｃと第１面２３ａとの境界の一部に係止面２３ｇを設けて導光部材２１の端面２１ｉと部分的に対向させることによっても位置決めが可能である。
【０１０６】
上記第１実施形態では、導光部材２１において第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとの境界の全域に亘って端面２１ｉを形成しているが、第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとの境界の一部に端面２１ｉを設けてフレーム部分２３の係止面２３ｇと部分的に対向させることによっても位置決めが可能である。
【０１０７】
上記実施形態では、照明装置３１からの照明光ＳＬに特に指向性を持たせていないが、照明光ＳＬに液晶表示デバイス３２の位置に応じた指向性を持たせることができる。これにより、液晶表示デバイス３２を効率的に照明することができ、画像光ＧＬの位置による輝度ムラを低減できる。
【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９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、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、導光部材２１側でなく、フレーム部分２３の第３面２３ｃ上に形成することもできる。
【０１１０】
上記実施形態では、画像表示装置１１として、透過型の液晶表示デバイス３２等を用いているが、画像表示装置１１としては、透過型の液晶表示デバイス３２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。また、画像表示装置１１として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることもできる。
【０１１１】
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、一組ずつ画像形成装置１０及び導光装置２０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。
【０１１２】
上記実施形態では、光入射面ＩＳを通る第１光軸ＡＸ１と光射出面ＯＳ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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
上記の説明では、導光部材２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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画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反射面２１ａ，２１ｂ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、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂの全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射する場合も含まれる。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及び第２反射面２１ａ，２１ｂの全体又は一部がコートされていてもよい。以上のようなコートは、フレーム部分２３の第１及び第２面２３ａ，２３ｂにも同様に適用可能である。
【０１１５】
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、第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２も縦方向に延びるものとなる。また、光学パネル１１０は、直列的ではなく並列的に平行配置されることになる。つまり、支持フレーム１２３は、一対の導光部材２１を同一平面上に平行に配置するものとなる。
【符号の説明】
【０１１６】
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、  ２１…導光部材、  ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…第１〜第４反射面、  ２１ｅ…上端面、  ２１ｆ…下端面、  ２１ｊ，２１ｉ…端面、  ２１ｍ，２１ｎ…凸状部、  ２３…フレーム部分、  ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…面、  ２３ｄ，２３ｅ…対向面、  ２３ｇ…係止面、  ２４ａ…中央部材、  ２４ｂ…上側支持部材、  ２４ｃ…下側支持部材、  ２４ｅ，２４ｆ…連結部、  ２５…ミラー層、  ２６…保護層、  ２７…ハードコート層、  ２８…ハーフミラー層、  ３１…照明装置、  ３２…液晶表示デバイス、  ３４…駆動制御部、  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、  １２１…支持部、  １２３…支持フレーム、  １３１，１３２…駆動部、  １４１…ケース、  ＡＸ１，ＡＸ２…光軸、  Ｂ１…光入射部、  Ｂ２…導光部、  Ｂ３…光射出部、  Ｕ１…透視部、  Ｃ１…透視補助部、  Ｃ２…支持部、  ＥＹ…眼、  ＦＳ…平坦面、  ＧＬ…画像光、  ＧＬ'…外界光、  ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２…画像光、  ＴＳ…上面（上側面、入射抑制部）、  ＢＳ…下面（下側面、入射抑制部）、  Ｓ１…第１側面、  Ｓ２…第２側面、  Ｐ１…第１表示点、  Ｐ２…第２表示点、  Ａ１０…第１部分領域、  Ａ２０…第２部分領域、  ＳＬ…照明光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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