(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を内部に取り込む光入射部と、
対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を前記第１及び第２の全反射面での全反射により導く導光部と、
前記導光部を経て入射する前記画像光を光路の折り曲げによって外部へ取出し可能にする画像取出部を有する光射出部とを備え、
前記画像取出部は、前記導光部によって導光された前記画像光を反射するため前記第２の全反射面を基準として前記導光部の導光方向に関する奥側で前記導光部の内側に向かって傾斜するように延びる複数の第１要素面と、前記第１要素面に対して鈍角をなして延びる複数の第２要素面とを交互に配置してなる、導光板。
【請求項２】
前記第１及び第２の全反射面は、互いに対向して平行に延びる、請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記画像取出部に含まれる前記複数の第１面要素は、前記第１の全反射面に対向して傾斜した状態で互いに平行に延びる、請求項１及び２のいずれか一項に記載の導光板。
【請求項４】
前記画像取出部に含まれる前記複数の第２要素面は、前記第１の全反射面に対向して前記第１の全反射面に平行に延びる、請求項１から３までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項５】
前記画像取出部は、前記第１の全反射面の一部として光射出面を有する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項６】
前記複数の第２要素面は、当該第２要素面に入射する外光を透過させる、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項７】
前記複数の第１要素面は、反射膜を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項８】
前記複数の第１要素面の透過率は、略ゼロである、請求項７に記載の導光板。
【請求項９】
前記反射膜は、前記複数の第２要素面を除くように前記複数の第１要素面に選択的に形成されている、請求項７及び８のいずれか一項に記載の導光板。
【請求項１０】
前記複数の第１要素面と前記複数の第２要素面の面積の比率は、前記導光部による導光方向に関して異なる値に設定されている、請求項１から９までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項１１】
前記導光方向の奥側の前記第１要素面の配列ピッチは、前記導光方向の入口側の前記第１要素面の配列ピッチよりも相対的に大きい、請求項１０に記載の導光板。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の導光板と、
前記導光板に導かれる前記画像光を形成する画像形成装置と、
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、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に用いられる導光板及びこれを備える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。このような虚像表示装置用の導光板として、全反射を利用して画像光を導くとともに、導光板の出口側において導光板の主面に対して所定角度をなして平行に配置される多数の画像光反射面にて画像光を反射させることにより、画像光を導光板から取り出して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１参照）。
【０００３】
上記の導光板では、多数の画像光反射面の間に導光板の主面に平行な外光透過面を設けることで、画像光に外光を重ね合わせて観察可能にするシースルー機能を持たせている。ここで、画像光反射面と外光透過面との間には、導光板の主面に対して垂直に延びる接続面が設けられているが、この接続面は、画像光を反射する等の機能を有していない。よって、この接続面の幅が広くなると、外光の透過率低下及び画像光の反射率低下の悪影響を生じさせ、また、この接続面で外光や画像光が反射されると、かかる反射光がゴーストになってしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／７４６３８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、外光の透過率低下や画像光の反射率低下を防止し、ゴーストの発生を抑制できる導光板及びかかる導光板を備え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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る導光板は、（ａ）画像光を内部に取り込む光入射部と、（ｂ）対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、光入射部から取り込まれた画像光を第１及び第２の全反射面での全反射により導く導光部と、（ｃ）導光部を経て入射する画像光を光路の折り曲げによって外部へ取出し可能にする画像取出部を有する光射出部とを備え、（ｄ）画像取出部が、導光部によって導光された画像光を反射するため第２の全反射面を基準として導光部の導光方向に関する奥側で導光部の内側に向かって傾斜するように延びる複数の第１要素面と、第１要素面に対して鈍角をなして延びる複数の第２要素面とを交互に配置してなる。
【０００７】
上記導光板では、画像取出部が、導光部によって導光された画像光を反射するため第２の全反射面を基準として導光部の導光方向に関する奥側で導光部の内側に向かって傾斜するように延びる複数の第１要素面と、第１要素面に対して鈍角をなして延びる複数の第２要素面とを交互に配置してなるので、第１要素面と第２要素面との間に、光学的に機能しない接続面を設ける必要がなくなる。これより、外光の透過率低下や画像光の反射率低下を防止でき、ゴーストの発生を抑制することができる。また、画像取出部を以上のような形状とした場合、第１要素面と第２要素面との間に大きな窪みや段差が形成されないので、画像取出部等を射出成形で形成する場合、金型の作製が容易になり、第１要素面や第２要素面の境界で面ダレや充填不足が起こりにくいので、画像取出部の形状精度を低コストで高めることができ、高精度の導光板を提供することができる。
【０００８】
本発明の具体的な側面では、上記導光板において、画像取出部に含まれる複数の第１面要素が第１の全反射面に対向して傾斜した状態で互いに平行に延びる。この場合、第１要素面での画像光の乱れを防止でき、画像光の良好な観察が可能になる。
【０００９】
本発明の別の側面では、画像取出部に含まれる第２要素面が第１の全反射面に対向して第１の全反射面に平行に延びる。この場合、第２要素面にも導光機能を持たせることができ、導光方向の奥側で光量損失が大きくなることを抑制できる。また、第２要素面での外光の乱れを防止でき、外界像の良好なシースルー観察が可能になる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、画像取出部が第１の全反射面の一部として光射出面を有する。この場合、第２要素面が第１の全反射面のうち光射出面に向けて画像光を反射することで画像光の取り出しが行われる。
【００１１】
本発明の別の側面では、第２要素面が当該第２要素面に入射する外光を透過させる。この場合、第２要素面を利用して外界像のシースルー観察が可能になる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、第１要素面が反射膜を有する。この場合、画像光の反射率を高め、明るい画像の観察が可能になる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、第１要素面の透過率が略ゼロである。この場合、画像光のロスを抑えて効率的な表示が可能になる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、反射膜が第２要素面を除くように第１要素面に選択的に形成されている。この場合、明るい外界像の観察が可能になる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、第１要素面と第２要素面の面積の比率が導光部による導光方向に関して異なる値で形成されている。この場合、第１要素面の面積の比率を調整することで、画像光に基づいて観察される虚像の輝度斑を低減することができる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る虚像表示装置は、上記いずれかに記載の導光板と、導光板に導かれる画像光を形成する画像形成装置とを備える。この場合、上記の導光板を用いることで、虚像表示装置は、良好な画像表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は、第１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、実施形態に係る導光板の正面図及び平面図である。
【図２】導光板内の画像取出部の中央部分の構造を説明する拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は、導光板内の画像取出部の奥側の部分の構造を説明する断面図であり、（Ｂ）は、画像取出部の入口側の部分の構造を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一１実施形態に係る導光板の製造方法によって製造される虚像表示装置用の導光板及びこれを組み込んだ虚像表示装置について説明する。
【００１９】
〔Ａ．導光板及び虚像表示装置の構造〕
図１（Ａ）に示す本実施形態に係る虚像表示装置１００は、ヘッドマウントディスプレイに適用されるものであり、画像形成装置１０と、導光板２０とを一組として備える。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す導光板２０のＡ−Ａ断面に対応する。
【００２０】
虚像表示装置１００は、観察者に虚像による画像光を認識させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させるものである。画像形成装置１０と導光板２０とは、通常観察者の右眼および左眼に対応して一組ずつ設けられるが、右眼用と左眼用とでは左右対称であるので、ここでは左眼用のみを示し、右眼用については図示を省略している。なお、虚像表示装置１００は、全体としては、例えば一般の眼鏡のような外観（不図示）を有するものとなっている。
【００２１】
図１（Ａ）に示すように、画像形成装置１０は、液晶デバイス１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、液晶デバイス１１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、これらの間に配置される射出角調整部材３３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画像光を形成する。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。射出角調整部材３３は、照明光の射出角度分布を画面内の位置に応じて変化させており、液晶表示デバイス３２から射出される画像光が効率的に観察者の眼ＥＹに入射するように調整している。
【００２２】
図１（Ｂ）及び１（Ｃ）に示すように、導光板２０は、機能的な部分として、光入射部Ｄ１と、導光部Ｄ２と、光射出部Ｄ３とを備える。光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＳと入射光折曲面２１とを有し、画像形成装置１０からの画像光を光入射面ＩＳから取り込むとともに、取り込んだ画像光を導光部Ｄ２に向けて折り曲げる。導光部Ｄ２は、全反射面形成部２２を有し、取り込まれた画像光を光射出部Ｄ３に向けて伝播させる。なお、導光部Ｄ２が光束を全体として導く方向を導光方向と呼ぶものとする。つまり、ここでは、Ｚ方向が導光方向となる。光射出部Ｄ３は、角度変換部である画像取出部２３と光射出面ＯＳとを有し、導光部Ｄ２で伝播された画像光の角度変換を行い光射出面ＯＳから画像光を射出する。
【００２３】
光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＳを、ＹＺ面に平行で画像形成装置１０に対向する表側又は観察者側の平面上に有している。また、光入射部Ｄ１は、四角柱状の肉厚部分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、アルミ蒸着等の成膜によりミラー層２１ａが形成されている。つまり、ミラー層２１ａと斜面ＲＳとが協働することで入射光折曲面２１を形成している。入射光折曲面２１は、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｘ方向に向かう画像光を、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、画像光を導光部Ｄ２内に導く。
【００２４】
導光部Ｄ２は、入口側である光入射部Ｄ１側から奥側である光射出部Ｄ３側にかけて延びており、内部に入射させた画像光を光射出部Ｄ３の画像取出部２３に導くための全反射面形成部２２を有している。
【００２５】
全反射面形成部２２は、導光部Ｄ２として機能するため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、画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。ここでは、第１の全反射面２２ａが画像形成装置１０に近い側にあるものとし、第２の全反射面２２ｂが画像形成装置１０から遠い側にあるものとする。この場合、第１の全反射面２２ａは、光入射面ＩＳ及び光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。従って、光入射面ＩＳや光射出面ＯＳの一部又は全体も画像光を導く導光部Ｄ２として機能する。光入射部Ｄ１の入射光折曲面２１で反射された画像光は、まず、第１の全反射面２２ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第２の全反射面２２ｂ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、導光板２０の奥側すなわち画像取出部２３を設けた＋Ｚ側に導かれる（例えば図２（Ａ）参照）。つまり、画像光は、全反射されつつ全体として＋Ｚ側すなわち導光方向に導かれる。ここで、導光部Ｄ２に用いる透明樹脂材料の屈折率ｎは、例えば１．５以上の高屈折率材料であるものとする。導光板２０に比較的屈折率の高い透明樹脂材料を用いることで、導光板２０内部で画像光を導光させやすくなり、かつ、導光板２０内部での画像光の画角を比較的小さくすることができる。
【００２６】
光射出部Ｄ３は、光射出面ＯＳに対向して微細構造である画像取出部２３を配置している。画像取出部２３は、全反射面形成部２２の奥側（＋Ｚ側）において、第２の全反射面２２ｂの延長平面に対して全体として傾斜した状態で形成されており、全反射面形成部２２を経た画像光を、所定角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。画像取出部２３の詳しい構造については、図２（Ａ）等により後述する。
【００２７】
〔Ｂ．画像光の光路〕
以下、画像光の光路について説明する。図１（Ａ）に示すように、投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の主要成分は、導光板２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて互いに異なる角度で全反射を繰り返す。画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３のうち、液晶デバイス１１の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ１は、入射光折曲面２１で反射された後、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３の中央部２３ｋで反射され、光射出面ＯＳからこの面に対して垂直な光軸ＡＸ方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの一端側（＋Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ２は、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３のうち反光入射面側（＋Ｚ側）の周辺部２３ｍで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの他端側（−Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ３は、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３のうち最も光入射面側（−Ｚ側）の周辺部２３ｈで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。なお、この場合、各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の全反射の角度について、画像光ＧＬ２の角度が最小であり、画像光ＧＬ３の角度が最大であり、その他の画像光の角度については、これらの中間の値となる。
【００２８】
また、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射による光の反射効率は非常に高いものであるため、画像取出部２３に至るまでは、輝度低下が生じることは殆どない。また、図１（Ｂ）に示すように、縦方向すなわちＹ方向について見た画像光である画像光ＧＬｙは、光束全体として収束するように導光板２０内を通過する。
【００２９】
〔Ｃ．画像取出部の構造及び画像取出部による光路の折曲げ〕
以下、本実施形態に係る導光板２０の画像取出部２３の詳しい構造について説明する。図２、図３（Ａ）、及び３（Ｂ）に示すように、画像取出部２３は、多数の第１要素面２３ａと多数の第２要素面２３ｂとを横方向に隙間なく交互に配置した構造を有している。ここで、第１要素面２３ａは、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を反射する画像光反斜面として機能し、第２要素面２３ｂは、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を全反射によって導光させつつ外光ＯＬを透過させる画像光反射・外光透過面として機能する。第１要素面２３ａや第２要素面２３ｂの配置は、導光方向の奥の＋Ｚ側ほど観察者の存在する−Ｘ側にずれたものとなっている。
【００３０】
各第１要素面２３ａは、Ｚ方向に対して垂直な縦方向すなわちＹ方向に延びる細長い面である。多数の第１要素面２３ａは、互いに平行に延びており、図１（Ａ）等に示す第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂに対して同一の角度をそれぞれなし、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を反射させる反射面となっている。つまり、第１要素面２３ａは、第１の全反射面２２ａに対向して傾斜した状態で互いに平行に延びる。より詳細には、第１要素面２３ａは、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂを基準として導光部Ｄ２の導光方向（Ｚ方向）に関する奥側（＋Ｚ側）で導光部Ｄ２の内側に向かって傾斜するように延びている。第１要素面２３ａは、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を光射出面ＯＳを介して眼ＥＹのある側の外部に取り出すための部分であり、外光ＯＬが入射する表側に反射膜２６が設けられたものとなっている。この反射膜２６は、第１要素面２３ａの一部として、第１要素面２３ａの内面での反射率を略１００％にする役割を有する。結果的に、第１要素面２３ａは、外光ＯＬに対して透過率がゼロの状態となっている。
【００３１】
各第２要素面２３ｂは、Ｚ方向に対して垂直な縦方向すなわちＹ方向に延びる細長い面である。多数の第２要素面２３ｂは、図１（Ａ）等に示す第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにそれぞれ平行に延びている。つまり、第２要素面２３ｂは、第１の全反射面２２ａに対向して互いに平行に延びる。より詳細には、第２要素面２３ｂは、導光部Ｄ２の導光方向（Ｚ方向）に関する奥側（＋Ｚ側）で導光部Ｄ２の内側に向かって厚みを薄くするように階段状に配置される。第２要素面２３ｂは、内側からの画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を略１００％反射させる全反射面となっているが、外側からの外光ＯＬを入射させる透過面となっている。つまり、第２要素面２３ｂを設けることで、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を画像取出部２３内でも反射によって導光させつつ外光ＯＬを画像取出部２３を横切るように透過させることができ、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３と外光ＯＬとを並行して光射出面ＯＳ外に導くことができ、シースルー観察が可能になる。
【００３２】
ここでは、１つの第１要素面２３ａとこれに隣接する１つの第２要素面２３ｂとを１組として反射ユニット２３ｃと呼ぶこととする。多数の反射ユニット２３ｃ全体で、１つの階段状断面を形成している。なお、第１要素面２３ａは、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂや、第２要素面２３ｂに対して角度φだけ傾斜している。ここで、角度φは、９０°より小さく、第１要素面２３ａは、光入射部Ｄ１側に傾斜するように延びている。より具体的に説明すると、第１要素面２３ａは、第１要素面２３ａの長手方向であるＹ方向を軸として、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂの平行な状態から、９０°未満の角度φだけ時計回りに回転した状態で傾斜している。結果的に、第１要素面２３ａは、第２要素面２３ｂに対して１８０°−φの鈍角をなしている。なお、第１要素面２３ａと第２要素面２３ｂとの成す角は、より小さな方を基準とする。つまり、第１要素面２３ａと第２要素面２３ｂとの成す角は、１８０°−φとみることもできるが、１８０°＋φとみることもきる。ここでは、内角側を基準として、第１要素面２３ａと第２要素面２３ｂとの成す角は、１８０°−φであるものとする。
【００３３】
以下、画像取出部２３の作製について簡単に説明する。まず、導光板２０のうち、全反射面形成部２２と画像取出部２３とを含む樹脂製の本体部分は、例えば金型を利用した樹脂の射出成形等によって形成される。その後、画像取出部２３となるべき樹脂部分のうち第１要素面２３ａ上に反射膜２６を形成する。反射膜２６はＡｌその他の金属の蒸着等によって形成されるので、成膜時に第２要素面２３ｂに近接してその正面を覆うようなマスクを配置することで、第１要素面２３ａ上にのみ反射膜２６を選択的に成膜することができる。
【００３４】
以下、画像取出部２３による画像光の光路の折曲げの詳細について説明する。ここでは、第１要素面２３ａや第２要素面２３ｂが画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の実際の入射面であるが、本明細書では、画像光の第１及び第２全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射角度を画像取出部２３に対する入射角度すなわち反射ユニット２３ｃへの入射角と呼ぶこととする。既述のように、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を含む画像光は、図１（Ａ）、１（Ｂ）等に示す導光板２０に光入射面ＩＳから入射し、全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射を繰り返して導光されて、画像取出部２３に到る。
【００３５】
例えば、図３（Ａ）に示すように、最小反射角α−で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射されつつ伝搬される画像光ＧＬ２は、画像取出部２３の反射ユニット２３ｃと光射出面ＯＳでＮ回（Ｎは０または自然数）反射された後、画像取出部２３のうち奥側（＋Ｚ側）の周辺部２３ｍに位置する反射ユニット２３ｃの第１要素面２３ａに達し、この第１要素面２３ａでの反射により、眼ＥＹの中心軸である光軸ＡＸに対して角度θ２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。
【００３６】
一方、図３（Ｂ）に示すように、最大反射角α＋で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射される画像光ＧＬ３は、画像取出部２３のうち入口側（−Ｚ側）の周辺部２３ｈに位置する反射ユニット２３ｃの第１要素面２３ａに達し、この第１要素面２３ａでの反射により、光軸ＡＸに対して角度θ３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。
【００３７】
なお、図２に示すように、中間の反射角α０で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射されつつ伝搬される画像光ＧＬ１は、画像取出部２３のうち中央部２３ｋに位置する反射ユニット２３ｃの第１要素面２３ａに達し、この第１要素面２３ａでの反射により、光軸ＡＸに対して平行な状態で光射出面ＯＳから平行光束として射出される。
【００３８】
以上において、画像光ＧＬ２の角度θ２と画像光ＧＬ３の角度θ３とは、大きさが略等しく逆向きとなっており、画像光による虚像の画角に相当するものとなっている。
【００３９】
本実施形態では、例えば画像取出部２３の奥側の周辺部２３ｍにおける第１要素面２３ａの配列ピッチと、画像取出部２３の入口側の周辺部２３ｈにおける第１要素面２３ａの配列ピッチとが異なるものとなっている。具体的には、例えば奥側の周辺部２３ｍにおける第１要素面２３ａの配列ピッチＰｍを入口側の周辺部２３ｈにおける第１要素面２３ａの配列ピッチＰｈよりも相対的に大きくしている。さらに、奥側の第１要素面２３ａの横幅Ｗｍの割合Ｗｍ／Ｐｍも、入口側の第１要素面２３ａの横幅Ｗｈの割合Ｗｈ／Ｐｈより若干大きくしている。これにより、奥側の周辺部２３ｍからの画像光ＧＬ２が相対的に暗くなる傾向を回避することができ、眼ＥＹに入射する画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の強度差、すなわち観察される虚像の輝度斑を低減することができる。
【００４０】
具体的な実施例では、画像取出部２３を構成する反射ユニット２３ｃの配列ピッチＰｍ，Ｐｈを０．５〜２ｍｍ程度とし、第１要素面２３ａの割合Ｗｍ／Ｐｍ，Ｗｈ／Ｐｈを０．２〜０．８程度とした。また、画像取出部２３の横幅（Ｚ方向の幅）を３０ｍｍ程度とし、眼ＥＹから画像取出部２３までの距離を２０ｍｍ程度に設定した。さらに、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂや第２要素面２３ｂに対する第１要素面２３ａの傾斜角度φは、２５°〜２８°程度とした。つまり、第２要素面２３ｂと第１要素面２３ａとの成す角は、１５２°〜１５５°程度とした。
【００４１】
〔その他〕
以上の説明から明らかなように、本実施形態の導光板２０又は虚像表示装置１００では、画像取出部２３が、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３を反射するため第２の全反射面２２ｂを基準として光入射部Ｄ１側に傾斜するように延びる第１要素面２３ａと、第１要素面２３ａに対して鈍角をなして延びる第２要素面２３ｂとを交互に配置してなるので、第１要素面２３ａと第２要素面２３ｂとの間に、光学的に機能しない接続面を設ける必要がなくなる。これより、外光ＯＬの透過率低下や画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の反射率低下を防止でき、ゴーストの発生を抑制することができる。つまり、虚像表示装置１００によって高品位の虚像を観察することができる。
【００４２】
また、画像取出部２３を以上のような形状とした場合、第１要素面２３ａと第２要素面と２３ｂの間に大きな窪みや段差が形成されないので、画像取出部２３等を射出成形にいよって形成する場合、金型の作製が容易になり、第１要素面２３ａや第２要素面２３ｂの境界で面ダレや充填不足が起こりにくいので、画像取出部２３の形状精度を低コストで高めることができ、高精度の導光板２０を提供することができる。
【００４３】
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る。
【００４４】
例えば、反射ユニット２３ｃにおける第１要素面２３ａの割合Ｗｍ／Ｐｍ，Ｗｈ／Ｐｈは、導光板２０又は虚像表示装置１００の用途に応じて適宜変更することができる。
【００４５】
上記の説明では、画像表示素子として、透過型の液晶デバイス１１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、液晶デバイス１１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、液晶デバイス１１やその光源において、画像取出部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。
【００４６】
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、一組ずつ画像形成装置１０及び導光板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画像形成装置１０と導光板２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【００４７】
上記の説明では、シースルー型の虚像表示装置について説明しているが、外界像を観察させる必要がない場合、第１要素面２３ａ及び第２要素面２３ｂ双方の光反射率を略１００％にすることが可能である。
【００４８】
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の全反射面２２ａと同一の平面上に配置し、光射出面ＯＳを第２の全反射面２２ｂと同一の平面上に配置することもできる。
【００４９】
上記の説明では、入射光折曲面２１を構成するミラー層２１ａや斜面ＲＳの角度について特に触れていないが、本発明は、ミラー層２１ａ等の光軸ＡＸに対する角度を用途や仕様に応じて様々な値とすることができる。
【００５０】
上記の説明では、実施形態の虚像表示装置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は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。
【００５１】
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、画像光の入射角が全反射条件を満たした上で、両全反射面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。
【符号の説明】
【００５２】
１０…画像形成装置、  １１…液晶デバイス、  １２…投射光学系、  ２０…導光板、  ２１…入射光折曲面、  ２１ａ…ミラー層、  ２２…全反射面形成部、  ２２ａ…第１全反射面、  ２２ｂ…第２全反射面、  ２３…画像取出部、  ２３ａ…第１要素面、  ２３ｂ…第２要素面、  ２３ｃ…反射ユニット、  ２３ｈ…周辺部、  ２３ｋ…中央部、  ２３ｍ…周辺部、  ２６…反射膜、  ３１…照明装置、  ３２…液晶表示デバイス、  ３２ａ…射出面、  ３３…射出角調整部材、  １００…虚像表示装置、  ＡＸ…光軸、  Ｄ１…光入射部、  Ｄ２…導光部、  Ｄ３…光射出部、  ＥＹ…眼、  ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３…画像光、  ＩＳ…光入射面、  ＡＸ…光軸、  ＯＬ…外光、  ＯＳ…光射出面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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