(57)【要約】  導光プリズムへの皮脂の付着によるクラックの発生を抑制しつつゴーストを除去する頭部装着型表示装置およびこれに用いられる導光プリズムを提供する。  本発明の頭部装着型表示装置は、表示素子７と、使用状態において、表示素子７からの正規結像光束を使用者の眼前の射出面５ｄまで導光する導光プリズム５と、表示素子７および前記導光プリズム５を、使用者の頭部に対して固定するための支持部とを備える。導光プリズム５は、正規結像光束の光軸に沿う少なくとも一つの側面の、表示素子７からの正規結像光の通過領域外の位置に、少なくとも一つの第１型の斜面Ｓ1を備え、該第１型の斜面Ｓ1は、正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光を反射させ、使用者の眼球６外へ向けて射出させるように、傾けて形成されている。
2015114691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示素子と、
使用状態において、前記表示素子からの正規結像光束を使用者の眼前まで導光する導光プリズムと、
前記表示素子および前記導光プリズムを、使用者の頭部に対して固定するための支持部と
を備え、
前記導光プリズムは、前記正規結像光束の光軸に沿う少なくとも一つの側面上に、少なくとも一つの第１型の斜面を備え、該第１型の斜面は、前記表示素子から射出され、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光を反射させ、使用者の瞳孔外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
【請求項２】
前記第１型の斜面は、研磨面で構成され、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光を全反射させることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項３】
前記第１型の斜面は、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光の正反射成分を、使用者の眼球外へ向けて射出させる角度で傾けて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項４】
前記導光プリズムの屈折率をｎとするとき、前記第１型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
｜θ｜＜ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）
となるように形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項５】
前記導光プリズムの屈折率をｎ、前記導光プリズムに入射する前記正規結像光束の開口数をＮ、前記導光プリズムの射出面での前記正規結像光束の半径をａ、設計上の使用者の瞳孔の半径の最大値をｂ、前記射出面から設計上の使用者の瞳孔までの距離をＬとし、
【数１】
2015114691.tif 000023
とするとき、前記第１型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
【数２】
2015114691.tif 000024
となるように形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項６】
前記設計上の使用者の瞳孔の半径の最大値ｂを３．５〜４．５ｍｍ、前記射出面から設計上の使用者の瞳孔までの距離Ｌを１０〜２０ｍｍとすることを特徴とする請求項５に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項７】
前記導光プリズムは、前記第１型の斜面の前記表示素子側に隣接して、第２型の斜面を備え、該第２型の斜面は、前記表示素子から前記正規結像光束の光軸に対して最も大きい傾斜角度で傾いて入射した光を、該第２型の斜面に反射した後、前記第１型の斜面に反射して、使用者の眼球外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項８】
前記第２型の斜面は、研磨面で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項９】
前記第１型の斜面の隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度をθとするとき、前記第２型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度γが、
|γ|＜６０°−|θ|
となるように形成されていることを特徴とする請求項７または８の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１０】
前記第２型の斜面の前記正規結像光束の進行方向側に位置する前記第１型の斜面の、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度をθ、前記第２型の斜面の上の特定の点に入射する光線の最大傾角をεとするとき、前記第２型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度γが、
【数３】
2015114691.tif 000025
となるように形成されていることを特徴とする請求項７から９の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１１】
前記第２型の斜面上の前記特定の点の位置と、前記表示素子との間に挟まれた光学系がつくる、前記表示素子の像の、中心から周縁までの長さをｐ、前記第２型の斜面上の前記特定の点の前記光軸に下ろした垂線の長さをｈ、該垂線と前記光軸との交点から前記表示素子の像までの距離をＷとするとき、前記εは、
【数４】
2015114691.tif 000026
であることを特徴とする、請求項１０に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１２】
前記第１型の斜面は、前記正規結像光束の進行方向に、該正規結像光束の光軸に対して近接し、前記第２の斜面は、前記正規結像光束の進行方向に、該正規結像光束の光軸に対して遠ざかることを特徴とする請求項７から１１の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１３】
前記導光プリズムは、交互に形成された前記第１型の斜面と前記第２型の斜面とにより、２つ以上の連続したクボミを有することを特徴とする請求項１２に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１４】
前記第１型の斜面と前記第２型の斜面とにより形成される前記クボミの稜線部近傍には、粗面処理が施されている請求項１３に記載の頭部装着型表示装置。
【請求項１５】
光を入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光を射出する射出面と、
前記光の光路を囲む側面と
を備え、
前記側面の少なくとも一部には、傾き方向の異なる第１型の斜面および第２型の斜面から成る複数の斜面が２つ以上の連続したクボミを形成するように配置され、前記第１型の斜面は、前記入射面から入射し前記射出面から射出される光の光軸に対して、前記光の進行方向に近接するような傾斜角度θで傾斜し、前記第２型の斜面は、前記光軸に対して前記光の進行方向に遠ざかるような傾斜角度γで傾斜し、それぞれの前記クボミを形成する隣接する２つの前記第１型の斜面と前記第２型の斜面は、
|γ|＜６０°−|θ|
を満たすことを特徴とする導光プリズム。
【請求項１６】
前記第１型の斜面および前記第２型の斜面は、研磨面により構成されている請求項１５に記載の導光プリズム。
【請求項１７】
前記第１の斜面および前記第２の斜面の少なくとも一部は、粗面処理が施されている請求項１５に記載の導光プリズム。
【請求項１８】
前記入射面から入射した前記光を前記射出面に向けて反射する反射面を備える請求項１５から１７の何れか一項に記載の導光プリズム。
【請求項１９】
前記導光プリズムの屈折率をｎとするとき、前記第１型の斜面は、前記光軸に対する傾斜角度θが、
｜θ｜＜ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）
となるように形成されていることを特徴とする請求項１５から１８の何れか一項に記載の導光プリズム。
【請求項２０】
前記入射面は、表示素子からの正規結像光束が入射し、前記射出面は前記正規結像光束を眼球に向けて射出するように配置され、
前記導光プリズムの屈折率をｎ、前記導光プリズムに入射する前記正規結像光束の開口数をＮ、前記導光プリズムの射出面での前記正規結像光束の半径をａ、設計上の使用者の瞳孔の半径の最大値をｂ、前記射出面から設計上の使用者の瞳孔までの距離をＬとし、
【数５】
2015114691.tif 000027
とするとき、前記第１型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
【数６】
2015114691.tif 000028
となるように形成されていることを特徴とする請求項１５から１９の何れか一項の導光プリズム。
【請求項２１】
前記第２型の斜面の前記正規結像光束の進行方向側に前記第１型の斜面が位置し、前記第２型の斜面の上の特定の点に入射する光線の最大傾角をεとするとき、前記第２型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度γが、
【数７】
2015114691.tif 000029
となるように形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の導光プリズム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１４年１月２８日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１４／０００４２３の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、頭部装着型表示装置およびこれに用いられる導光プリズムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、頭部や眼鏡に装着する、小型且つウェアラブルな頭部装着型表示装置が提案されている。そのような頭部装着型表示装置としては、例えば側頭部に固定された小型の画像表示素子に表示される画像の映像光を、透明な導光部材により眼前まで導光し、拡大された虚像として観察者の視野内に表示するものが知られている。小型軽量な導光部材を用いることにより、視界を大きく遮らず、頭部装着型表示装置全体を小型・軽量に構成することができ、常に身に着けて使用可能なウェアラブル機器としての使用が可能になる。【０００４】
しかし、導光部材を小型化すると、正規結像光束の光路から外れ導光部材内部の側面で反射する光（以下、側面反射非正規光とよぶ）が生じやすくなり、これが眼に入るとゴーストをつくる原因光（以下、ゴースト光とよぶ）となる。特に、導光部材の側面で反射するゴースト光は、導光部材の断面サイズを小型化するほど視界中の表示画像の近くに見えるゴーストを生じせしめ問題となる。プリズム側面での反射によるゴースト光を除去する技術としては、不要な反射が生じる位置の近傍のプリズム側面に断面がＶ字の溝（Ｖ溝）を設け、さらにその溝に遮光部材を設け、または、その溝を遮光塗料で処理することで、遮光絞りとして機能させ、不要な反射による光束（不要光）を遮断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、導光プリズムを有する頭部装着型表示装置は、像を形成する光束の径に比べ導光プリズムの光路長が長い。このため、導光部材として使用される導光プリズムも一方向に長くなる。さらに、装置の軽量化、小型化等のために、導光プリズムの大部分は筐体に入れられることなく、空間に露出した状態で保持される。このため、特許文献１の方法を適用してゴーストを防止しようとすると、使用者が導光プリズムに触れることによって、Ｖ溝に皮脂が付着し、これを放置すると溝の谷の部分にクラックが発生し進行することが懸念される。さらに、Ｖ溝の場合、溝の谷が鋭角となっているため、皮脂のクリーニングが困難である。【０００７】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、導光プリズムへの皮脂の付着によるクラックの発生を抑制しつつゴーストを除去する頭部装着型表示装置およびこれに用いられる導光プリズムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する頭部装着型表示装置の発明は、
表示素子と、
使用状態において、前記表示素子からの正規結像光束を使用者の眼前まで導光する導光プリズムと、
前記表示素子および前記導光プリズムを、使用者の頭部に対して固定するための支持部と
を備え、
前記導光プリズムは、前記正規結像光束の光軸に沿う少なくとも一つの側面上に、少なくとも一つの第１型の斜面を備え、該第１型の斜面は、前記表示素子から射出され、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光を反射させ、使用者の瞳孔外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成されていることを特徴とするものである。【０００９】
前記第１型の斜面は、研磨面で構成され、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光を全反射させることが好適である。【００１０】
あるいは、前記第１型の斜面は、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光の正反射成分を、使用者の眼球外へ向けて射出させる角度で傾けて形成されていることが好適である。【００１１】
また、前記導光プリズムの屈折率をｎとするとき、前記第１型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
｜θ｜＜ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）
となるように形成することが好ましい。【００１２】
さらに、前記導光プリズムの屈折率をｎ、前記導光プリズムに入射する前記正規結像光束の開口数をＮ、前記導光プリズムの射出面での前記正規結像光束の半径をａ、設計上の使用者の瞳孔の半径の最大値をｂ、前記射出面から設計上の使用者の瞳孔までの距離をＬとし、
【数１】
2015114691.tif 000003
とするとき、前記第１型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
【数２】
2015114691.tif 000004
となるように形成することが更に好ましい。
ここで、前記設計上の使用者の瞳孔の半径の最大値ｂは３．５〜４．５ｍｍ、前記射出面から設計上の使用者の瞳孔までの距離Ｌは１０〜２０ｍｍとすることが好適である。【００１３】
また、前記導光プリズムは、前記第１型の斜面の前記表示素子側に隣接して、第２型の斜面を備え、該第２型の斜面は、前記表示素子から前記正規結像光束の光軸に対して最も大きい傾斜角度で傾いて入射した光を、該第２型の斜面に反射した後、前記第１型の斜面に反射して、使用者の眼球外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成することができる。【００１４】
また、前記第２型の斜面は、研磨面で構成することが好ましい。【００１５】
さらに、前記第１型の斜面の隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度をθとするとき、前記第２型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度γが、
|γ|＜６０°−|θ|
となるように形成することが好ましい。【００１６】
また、前記第２型の斜面の前記正規結像光束の進行方向側に位置する前記第１型の斜面の、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度をθ、前記第２型の斜面の上の特定の点に入射する光線の最大傾角をεとするとき、前記第２型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度γが、
【数３】
2015114691.tif 000005
となるように形成することが好ましい。【００１７】
ここで、前記第２型の斜面上の前記特定の点の位置と、前記表示素子（実際の表示素子）との間に挟まれた光学系がつくる、前記表示素子の像の、中心から周縁までの長さをｐ、前記第２型の斜面上の前記特定の点の前記光軸に下ろした垂線の長さをｈ、該垂線と前記光軸との交点から前記表示素子の像までの距離をＷとするとき、前記εは、
【数４】
2015114691.tif 000006
とすることができる。【００１８】
さらに、前記第１型の斜面は、前記正規結像光束の進行方向に、該正規結像光束の光軸に対して近接し、前記第２の斜面は、前記正規結像光束の進行方向に、該正規結像光束の光軸に対して遠ざかるように構成される。【００１９】
好ましくは、前記導光プリズムは、交互に形成された前記第１型の斜面と前記第２型の斜面とにより、２つ以上の連続したクボミを有する。
さらに好ましくは、前記第１型の斜面と前記第２型の斜面とにより形成される前記クボミの稜線部近傍には、粗面処理が施されている。【００２０】
上記目標を達成する導光プリズムの発明は、
光を入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光を射出する射出面と、
前記光の光路を囲む側面と
を備え、
前記側面の少なくとも一部には、傾き方向の異なる第１型の斜面および第２型の斜面から成る複数の斜面が２つ以上の連続したクボミを形成するように配置され、前記第１型の斜面は、前記入射面から入射し前記射出面から射出される光の光軸に対して、前記光の進行方向に近接するような傾斜角度θで傾斜し、前記第２型の斜面は、前記光軸に対して前記光の進行方向に遠ざかるような傾斜角度γで傾斜し、それぞれの前記クボミを形成する隣接する２つの前記第１型の斜面と前記第２型の斜面は、
|γ|＜６０°−|θ|
を満たすことを特徴とするものである。【００２１】
好ましくは、前記第１型の斜面および前記第２型の斜面は、研磨面により構成される。あるいは、前記第１の斜面および前記第２の斜面の少なくとも一部は、粗面処理が施されていても良い。【００２２】
さらに、前記導光プリズムは、好ましくは、前記入射面から入射した前記光を前記射出面に向けて反射する反射面を備える。【００２３】
さらに好ましくは、前記導光プリズムの屈折率をｎとするとき、前記第１型の斜面は、前記光軸に対する傾斜角度θが、
｜θ｜＜ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）
となるように形成されている。【００２４】
より好適には、前記入射面は、表示素子からの正規結像光束が入射し、前記射出面は前記正規結像光束を眼球に向けて射出するように配置され、
前記導光プリズムの屈折率をｎ、前記導光プリズムに入射する前記正規結像光束の開口数をＮ、前記導光プリズムの射出面での前記正規結像光束の半径をａ、設計上の使用者の瞳孔の半径の最大値をｂ、前記射出面から設計上の使用者の瞳孔までの距離をＬとし、
【数５】
2015114691.tif 000007
とするとき、前記第１型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
【数６】
2015114691.tif 000008
となるように形成される。【００２５】
さらに、前記第２型の斜面の前記正規結像光束の進行方向側に、前記第１型の斜面が位置し、前記第２型の斜面の上の特定の点に入射する光線の最大傾角をεとするとき、前記第２型の斜面は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度γが、
【数７】
2015114691.tif 000009
となるように形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、導光プリズムが、正規結像光束の光軸に沿う少なくとも一つの側面の、表示素子からの正規結像光束の通過領域外の位置に、少なくとも一つの第１型の斜面を備え、該第１型の斜面は、前記正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した光を反射させ、使用者の瞳孔外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成されているので、鋭角なＶ溝を使用せず、導光プリズムへの皮脂の付着によるクラックの発生を抑制しつつゴーストを除去することができる頭部装着型表示装置およびこれに用いられる導光プリズムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置の外観を示す図である。
【図２】図１の導光プリズムと使用時における使用者の眼球の位置とを拡大して示す図である。
【図３】表示素子から射出された側面反射非正規光の光路を説明する図である。
【図４】導光プリズムの側面に光軸方向に沿って入射した側面反射非正規光の経路を説明する図であり、図４（ａ）は反射面で反射され瞳孔内に入射する側面反射非正規光の経路を、図４（ｂ）は図４（ａ）の等価光学系を示す。
【図５】射出面の接眼レンズから射出された光線が瞳孔に入射しない条件を説明する図である。
【図６】射出面から射出された光線が瞳孔に入射しないための、プリズム内での光線の傾きの条件を説明する図である。
【図７】導光プリズム内での光束の開き角を説明する図である。
【図８】光軸方向に沿う側面反射非正規光の第１型の斜面による反射による傾きを説明する図である。
【図９】光軸方向に沿う側面反射非正規光の第１型の斜面による反射および透過による光路を説明する図である。
【図１０】導光プリズムの側面の第２型の斜面に、光軸に対して最大傾斜角度で入射した側面反射非正規光の光路を説明する図である。
【図１１Ａ】第２型の斜面の傾斜角度（γ）の条件を説明する図である。
【図１１Ｂ】第２型の斜面の傾斜角度（γ）の条件を説明する図である。
【図１２】第２実施の形態に係る導光プリズムと眼球とを示す図である。
【図１３】表示素子から射出された側面反射非正規光の光路を説明する図である。
【図１４】第３実施の形態に係る導光プリズムと眼球とを示す図である。
【図１５】第４実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を説明する図である。
【図１６Ａ】第５実施の形態に係る導光プリズムを表示素子および眼球と共に示す斜視図である。
【図１６Ｂ】導光プリズムの形状を説明する図であり、（ｉ）は上面図、（ｉｉ）は光軸に沿う鉛直方向の部分断面図、（ｉｉｉ）は先端部分の部分断面図である。
【図１７】第６実施の形態に係る頭部装着型表示装置の構成を、光軸方向に沿う部分断面図とともに示す図である。
【図１８Ａ】第７実施の形態に係る頭部装着型表示装置の表示素子から射出された側面反射非正規光の光路を説明する図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの導光プリズムの稜線部による非正規光の反射を拡大して示す図である。
【図１９Ａ】図１８Ａの比較例の導光プリズム内での光路を説明する図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａの導光プリズムの稜線部での非正規光の反射を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る頭部装着型表示装置１の外観を示す斜視図である。この頭部装着型表示装置１は、全体として眼鏡２のテンプル（側頭部のフレーム）に固定された本体部３と、本体部３により一方の端部で支持され、他方の端部が観察者に装着した状態において観察者の眼前まで延びる導光プリズム５を備える。したがって、眼鏡２は頭部装着型表示装置１を頭部に装着し、支持するための支持部として機能する。また、本体部３には、ＬＣＤや有機ＥＬ等の表示素子７（図３，４等参照）を内蔵するとともに、表示素子７に画像を表示するための電子回路や、本体部３の外部から有線または無線により映像データを受信するための通信機能等を備える。
【００３０】
図２は、図１の導光プリズム５と使用時の使用者の眼球の位置とを拡大して示す図である。導光プリズム５は、透明のプラスチックまたは硝子材料により形成された光学素子で、本体部３内に位置する入射面５ａと、導光プリズム５の長手方向に延びる４つの側面（以下まとめて５ｂとする）と、全反射面として形成される反射面５ｃと、眼球６側に位置された射出面５ｄとを備える。本体部３の表示素子７から射出された正規結像光束は、入射面５ａから入射し、反射面５ｃで反射され、射出面５ｄから使用者の眼球６の瞳孔６ａに向けて射出される。射出面５ｄは正の屈折力を有して光軸（図中一点鎖線で示す）を規定する面として構成され、接眼レンズとして機能する。また、射出面５ｄは、導光プリズム５の眼球６側の面に接眼レンズを接合して構成しても良い。なお、以下の説明では、頭部装着型表示装置１の使用時における、眼球６の正面視の視線の方向を前方、眼球６に向いた方向を後方とする。また、使用時における上方および下方を、単に上方、下方と呼ぶ。
【００３１】
導光プリズム５の４つの側面５ｂには、それぞれ、光軸に対して浅い傾斜角を有する複数の斜面が光軸方向に連続して形成されている。これらの斜面は、研磨面によって構成され高い反射率を有する。各斜面は、光軸周りに４つの側面５ｂを、光軸に対して周回するように配置される。さらに、各側面５ｂ上には、法線方向が、正規結像光束の進行方向の成分を有する面と、正規結像光束の進行方向と逆方向の成分を有する面とが、交互に配置されている。このため、各斜面の間には、山になっている稜線（凸稜線）と谷になっている稜線（凹稜線）とが交互に形成されている。これによって、側面５ｂには少なくとも２つ以上のクボミが連続して形成されている。さらに、側面５ｂの斜面は、研磨面として形成されている。これらの側面５ｂの斜面は、正規結像光束の光路から外れた側面反射非正規光を反射して、使用者の眼球６の瞳孔６ａの外に向かうように偏向させるものである。瞳孔６ａに入射しない光は、使用者に視認されないためゴースト光とはならない。
【００３２】
図３は、表示素子７から射出された側面反射非正規光の光路を説明する図である。表示素子７は矩形形状を有し、導光プリズム５は表示素子７の矩形の４辺に対応して、正規結像光束の光軸方向に延びる４つの側面５ｂを有している。図３は、導光プリズム５の内部を通る側面反射非正規光の光路を代表して、２つの側面反射非正規光Ｒ1，Ｒ2を示している。側面反射非正規光Ｒ1は、表示素子７の画像表示領域の前方側の端部から、正規結像光束の光軸にほぼ沿う方向に射出され前方の側面５ｂに浅い角度でぶつかる光である。また、側面反射非正規光Ｒ2は、表示素子７の画像表示領域の前方側の端部から、正規結像光束の光軸と交差する方向に射出され、光軸を挟んで反対側の後方の側面の特定の点にある角度を有して入射する光である。
【００３３】
導光プリズム５は、側面反射非正規光Ｒ1を、前方の側面５ｂの正規結像光束の進行方向に正規結像光束の光軸に対して近接する斜面（第１型の斜面）Ｓ1で１回反射させた後、反射面５ｃで反射させ、眼球６の瞳孔６ａ外へ向けるものである。また、導光プリズム５は、側面反射非正規光Ｒ2を、後方の側面５ｂの正規結像光束の進行方向に光軸に対して遠ざかる斜面（第２型の斜面）Ｓ2と近接する斜面（第１型の斜面）Ｓ1とで連続して反射させた後、反射面５ｃで反射させ、眼球６の瞳孔６ａ外へ向けるものである。図３の左上部には、側面反射非正規光Ｒ2の、第２型の斜面Ｓ2と第１型の斜面Ｓ1による連続反射を、拡大して示している。ここで、ｌ1、ｌ2はそれぞれ、凹稜線、凸稜線となっている。さらに、図３には、以下の説明のため、側面５ｂで反射され眼球６の瞳孔６ａに入射しない側面反射非正規光の光路を、側面５ｂおよび反射面５ｃによる反射を考慮しないで、導光プリズム５の媒質中の直線光路として示している（図３の下方の点から発している光線の経路）。
【００３４】
次に、側面反射非正規光Ｒ1について、導光プリズム５の屈折率をｎ、導光プリズム内の正規光束の開口数をＮ、導光プリズム５の射出面５ｄでの光束の半径をａ、使用者の瞳孔６ａの半径の最大値をｂ、射出面５ｄから使用者の瞳孔６ａまでの距離をＬとし、
【数８】
2015114691.tif 000010
とするとき、前記第１型の斜面Ｓ1は、隣接する前記正規結像光束の光軸に対する傾斜角度θが、
【数９】
2015114691.tif 000011
であれば、眼球６の瞳孔６ａの方向から逸れることを説明する。なお、以下の光線の傾きと面の傾きとは、特に断りの無い限り反時計回りの方向を正とする。また、使用者の瞳孔６ａの半径の最大値ｂを３．５〜４．５ｍｍとすることが好ましい。若年者の瞳孔は、平均的にこの程度まで開くことが知られているからである。また、射出面５ｄから設計上の使用者の瞳孔６ａまでの距離Ｌを１０〜２０ｍｍとすることが好ましい。距離Ｌが１０ｍｍを下回ると、瞬きで涙の飛沫で導光プリズムの射出面が汚れやすくなり、距離Ｌが２０ｍｍ以上になると、装着時の安定が阻害されるからである。一般に、眼鏡レンズと眼との間の距離は１２ｍｍに調整される。
【００３５】
まず、導光プリズム５の反射面５ｃについて、平面の反射面は屈折力を持たないので、光軸を基準に光線の傾角やプリズムの傾きを計算する際には、計算式からミラーの項を除くことができる。図４は、導光プリズム５の側面５ｂに光軸方向に沿って入射した側面反射非正規光の経路を説明する図であり、図４（ａ）は反射面で反射され瞳孔６ａ内に入射する側面反射非正規光の経路を、図４（ｂ）は、図４（ａ）の等価光学系を示す。以下の計算は、図４（ｂ）のように、導光プリズム５の反射面５ｃの反射の作用を除外した等価光学系に基づく。
【００３６】
図５は、射出面５ｄの接眼レンズから射出された光線が瞳孔６ａに入射しない条件を説明する図である。表示素子７の一点から射出された光束は、射出面５ｄから射出された後は、略平行光束となる。これは、人の目が略平行光束に対してピントが合うので、それに合わせて導光プリズム５が設計されるためである。したがって、図５のように図中上方向に向かう側面反射非正規光（ｒ1〜ｒ3）が、瞳孔６ａ内に入射しないためには、射出面５ｄの最も端を出て光軸Ｏを横切る側面反射非正規光ｒ2の光線が瞳孔６ａに入射しないことが条件となる。なお、ｒ1は、側面反射非正規光の光束のうち射出面５ｄの中心を通る光線、ｒ3は、側面反射非正規光の光束のｒ2とは反対側の出射面５ｄの端から射出される光線を示す。前述のように、導光プリズム５の射出面５ｄでの光束の半径をａ、使用者の瞳孔６ａの半径の最大値をｂ、前記光束射出端から使用者の瞳孔６ａまでの距離をＬとするとき、式（２）の｜ξ｜は、射出面５ｄの接眼レンズを出て、瞳孔６ａを逃げる光線の最小傾角となる。
【００３７】
次に、図６は、射出面５ｄから射出された光線が瞳孔６ａに入射しないための、導光プリズム５内での光線の傾きの条件を説明する図である。射出面５ｄから射出された後｜ξ｜の傾きを有する光線のうち、側面反射非正規光ｒ1の導光プリズム５内での傾きを、｜ξ’｜、側面反射非正規光ｒ2の導光プリズム５内での傾きを｜η｜とする。側面反射非正規光ｒ1については、射出面５ｄの中心を通り、この位置では射出面５ｄは光軸Ｏと直交しているので、屈折の式（スネルの法則）から次式が得られる。
【数１０】
2015114691.tif 000012
【００３８】
さらに、側面反射非正規光ｒ2については、導光プリズム内の正規結像光束の開口数をNとすると、導光プリズム５内での光束の開き角を説明する図７に示すように、屈折の式と媒質中の開口数（ＮＡ）の式から、
【数１１】
2015114691.tif 000013
となる。したがって、導光プリズム５内の光束の片側の開き角は、
【数１２】
2015114691.tif 000014
である。したがって、側面反射非正規光ｒ2の導光プリズム５内での傾き｜η｜は次式で得られる。
【数１３】
2015114691.tif 000015
【００３９】
図８は、光軸方向に沿う側面反射非正規光Ｒ1の第１型の斜面Ｓ1による反射による傾きを説明する図である。傾きθを持つ導光プリズム５の側面５ｂに形成された第１型の斜面Ｓ1で、光軸Ｏに平行な側面反射非正規光Ｒ1が反射すると、反射後の側面反射非正規光Ｒ1の光線の傾きは、２θとなる。その｜２θ｜が｜η｜よりも大きければ、すなわち｜２θ｜＞｜η｜ならば、ゴーストを作る光線とならない。したがって、式（６）を考慮して上記（１）〜（３）の式が得られ、この条件を満たす場合は、側面反射非正規光Ｒ1はゴーストを作らない。
【００４０】
次に、第１型の斜面Ｓ1の傾斜角度θの好ましい上限値について説明する。図９は、光軸Ｏ方向に沿う側面反射非正規光Ｒ1の第１型の斜面Ｓ１による反射および透過による光路を説明する図である。側面反射非正規光Ｒ1が、導光プリズム５の第１型の斜面Ｓ1に対して、全反射角よりも深い角度で入射すると、側面反射非正規光Ｒ1は、図９のＲ1’のように反射される光のみでなく、その一部Ｒ1’’が第１型の斜面Ｓ1を透過した後、再度導光プリズム５内に侵入してゴーストを発生させる可能性がある。全反射角は、導光プリズム５の屈折率ｎを用いて、次式で表される。
【数１４】
2015114691.tif 000016
【００４１】
したがって、第１型の斜面Ｓ1は、次式を満たすことが好ましい。
｜θ｜＜ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）                    （８）
【００４２】
また、第１型の斜面Ｓ1により形成される溝の深さは、tanθに比例する。tanθはθが１５°であれば、溝が浅くクリーニングも容易でありクラックも入りにくい。しかし、３０°を超えると溝が急峻に深くなり始め、溝のクリーニングもし難くなる。したがって、第１型の斜面Ｓ1の傾斜角度は１５°以下が好ましい。
【００４３】
次に、図１０は、導光プリズム５の側面５ｂに、光軸Ｏに対して最大傾斜角度で入射する側面反射非正規光Ｒ2の光路を説明する図である。前述の如く、この側面反射非正規光Ｒ2は、正規結像光束の進行方向に正規結像光束の光軸Ｏに対して遠ざかる斜面（第２型の斜面）Ｓ2と近接する斜面（第１型の斜面）Ｓ1とで連続して反射させた後、反射面５ｃで反射させ、眼球６の瞳孔外へ向けるものである。側面反射非正規光Ｒ2の導光プリズム５内での光軸Ｏに対する傾きをε1、第２型の斜面Ｓ2により反射された後の傾きをε2、さらに、第１型の斜面Ｓ1により反射された後の傾きをε3とする。また、第１型の斜面Ｓ1の光軸Ｏに対する傾斜角をθ、第２型の斜面Ｓ2の光軸Ｏに対する傾斜角をγとする。また、ｗ1は、表示素子７の表示面から導光プリズム５の入射面５ａまでの距離を示し、ｗ2は、導光プリズム５の入射面５ａから側面反射非正規光Ｒ2の第２型の斜面Ｓ2への入射位置までの光軸Ｏ方向の距離を示している。
【００４４】
まず、γとθとの間には、次の関係式が成立することが望ましい。
|γ|＜６０°−｜θ｜                                （９）
この式を満たすことによって、第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2との成す角度が１２０°以上となり、２つの斜面間に形成される谷部の清掃がしやすくクラックも生じにくい。
【００４５】
また、反射の式から、ε1，ε3，γおよびθの間には、次の関係が成立する。
ε3＝ε1−２γ＋２θ                              （１０）
【００４６】
側面反射非正規光Ｒ1に関するゴースト回避の条件を整理して、側面反射非正規光Ｒ2のε3に適用する。
式（１）と式（２）より
｜η｜＝２α
｜η｜はゴーストを回避する最小角度であるから、
｜ε3｜＞｜η｜
よって、次の関係式が得られる。
｜ε3｜＞２α                                    （１１）
【００４７】
図１０の場合、γ＞０，θ＜０，ε1＞０，ε3＜０であるから、式（１０）および（１１）から、
｜ε3｜＞｜η｜，−ε3＞｜η｜
【数１５】
2015114691.tif 000017
となる。
【００４８】
式（１２）を、図１０の上下が逆転した場合（すなわち、γ＜０，θ＞０，ε1＜０の場合）でも成立するように整理すると次式となる。
【数１６】
2015114691.tif 000018
【００４９】
さらに、図１１Ａおよび図１１Ｂは、第２型の斜面Ｓ2の傾斜角度γの条件を説明する図である。図１１Ａでは、表示素子７と導光プリズム５の入射面５ａとの間が空間になっているのに対して、図１１Ｂでは、表示素子７と導光プリズム５の入射面５ａとの間に、凸レンズ８が配置されている。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、斜面Ｓ2上の特定の点と、表示素子７との間に挟まれた光学系がつくる、表示素子の像７’の、中心から周縁までの長さｐ、斜面Ｓ2上の前記特定の点の前記光軸Ｏに下ろした垂線の長さをｈ、該垂線と前記光軸Ｏとの交点から前記表示素子の像７’までの距離をＷとするとき、ε1は次のように表すことができる。
【数１７】
2015114691.tif 000019
【００５０】
式（１４）を式（１３）に代入することにより、第２型の斜面Ｓ2の傾斜角度（γ）は次の条件を満たすことが好ましい。
【数１８】
2015114691.tif 000020
【００５１】
（実施例）
図３に戻り、本発明の一実施例として、各パラメータの値を次のように設定する。
凸面として形成された射出面５ｄの焦点距離：２６．３ｍｍ
導光プリズム５の屈折率：ｎ＝１．５３
導光プリズムの硝路：２８ｍｍ
導光プリズム５の射出面５ｄでの光束の半径：ａ＝２ｍｍ
使用者の瞳孔６ａの半径の最大値：ｂ＝４ｍｍ
射出面５ｄから使用者の瞳孔６ａまでの距離：Ｌ＝２０ｍｍ
表示素子の像７’の、中心から周縁までの長さ：ｐ＝２ｍｍ
（導光プリズムと表示素子の間に屈折力を持つ光学要素がないことから、ｐは表示素子７の正規結像光束を射出する有効領域の中心から周縁までの距離に一致）
第２型の斜面Ｓ2上の特定の点の光軸に下ろした垂線の長さ：ｈ＝３ｍｍ
上記垂線と光軸との交点から表示素子７までの空気換算長：ｗ＝１３ｍｍ
これらのパラメータに基づいて光線および第１型の斜面Ｓ1、第２型の斜面Ｓ2の傾斜角度θ、γを図３中に示している。
【００５２】
まず、正規結像光束の開口数Ｎは、以下のように計算できる。
【数１９】
2015114691.tif 000021
また、これから次の値が得られる。
【数２０】
2015114691.tif 000022
【００５３】
これらの値から、式（１）のαを求めると、約４°となる。したがって、第１型の斜面Ｓ1は、約４°以上の傾きを有する。仮に傾きを４°とすれば、側面反射非正規光は光軸に対して８°以上の傾きを有することになる。図３中、反射面５ｃで折り曲げずに示した光路は、瞳孔６ａに最も近接して通る光が導光プリズム５中で８°の傾斜を有するとき、瞳孔６ａ内に入射しないことを示している。すなわち、８°よりも光軸に対する傾斜が大きい導光プリズム５内の光線は、全て瞳孔６ａ外に逃げ、瞳孔６ａ内には入射しない。
【００５４】
本実施例では、第１型の斜面Ｓ1の傾斜角度θを−８°としているので、式（３）の要件を満たしている。また、式（７）により全反射角は、約４０．１°となるので、θの値は式（８）も満たしている。また、θの絶対値は、好ましい値１５°以下となっている。したがって、第１型の斜面Ｓ1に入射する側面反射非正規光Ｒ1は、図３に示すように、第１型の斜面Ｓ1で全反射され、さらに反射面５ｃで反射した後、射出面５ｄから使用者の瞳孔６ａ外へ向けて射出される。したがって、側面反射非正規光Ｒ1は使用者の眼には視認されない。
【００５５】
また、式（１４）より、ε1は約１４°となる。これを式（１３）に適用すると、第２型の斜面Ｓ2の傾斜角度γは３°以上という条件が得られる。実施例のγは７°であるから、式（１３）の条件は満たされる。また、θは−８°であるから、式（９）の関係も満たされている。その結果、図３中で、表示素子７の一方の端部から射出され、光軸を横切って第２型の斜面Ｓ2に入射する側面反射非正規光Ｒ2は、図３に示すように、第２型の斜面Ｓ2、第１型の斜面Ｓ1、反射面５ｃで順次反射されて、射出面５ｄから使用者の瞳孔６ａ外へ向けて射出される。したがって、側面反射非正規光Ｒ2は、使用者の眼には視認されない。なお、側面反射非正規光Ｒ2は、表示素子７から射出され第２型の斜面Ｓ2に入射する光の中で、光軸に対して最も大きい傾斜角度で入射する。側面反射非正規光Ｒ2がこれより浅い角度で第２型の斜面Ｓ2に入射する場合は、第１型の斜面Ｓ1で反射された後の傾斜角がより大きくなるので、導光プリズム５から射出される光は、さらに眼球６方向から外側へ逸れることになる。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、導光プリズム５が、側面５ｂに第１型の斜面Ｓ1を備え、第１型の斜面Ｓ1は、正規結像光束の光軸に沿う方向に入射した側面反射非正規光Ｒ1を反射させ、使用者の眼球６外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成されているので、側面反射非正規光Ｒ1は使用者に視認されず、ゴーストを生じない。また、導光プリズム５は、第１型の斜面Ｓ1の表示素子７側に隣接して第２型の斜面Ｓ2を備え、第２型の斜面Ｓ2は、表示素子７から正規結像光束の光軸に対して最も大きい傾斜角度で傾いて入射した側面反射非正規光Ｒ2を、第２型の斜面Ｓ2に反射した後、第１型の斜面Ｓ1に反射して、使用者の眼球６外へ向けて射出させる傾斜角度で、傾けて形成されているので、側面反射非正規光Ｒ2は使用者に視認されず、ゴーストを生じない。
【００５７】
そして、Ｖ溝を用いて側面反射非正規光を遮光する場合と比較して、本実施の形態では研磨面により構成された第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2で、側面反射非正規光を反射させ使用者の眼球６の瞳孔外へ向けるようにしているので、斜面Ｓ1およびＳ2の光軸に対する傾斜角度は必然的に小さくなり、第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2間の谷部に皮脂等が付着した場合であっても、容易に清掃することができる。これによって、溝に付着した皮脂等を原因とするクラックの発生も防ぐことができる。
【００５８】
さらに、導光プリズム５は、第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2が、本体部３の筐体内に位置している場合でも、筐体外に露出している場合でも、次のような効果を有する。まず、Ｖ溝を設ける場合のように、溝を遮光部材で埋めたりする必要が無く、容易に成形することが可能である。また、導光プリズムの光路長が長い場合、Ｖ溝を用いてゴーストを防止しようとすると、V溝を深くする必要が生じる。V溝を深くするには、正規結像光束がV溝でケラレないようにする必要があるため、導光プリズムを太くしなければならないので装置が大型化してしまう。これに対して、本実施の形態の導光プリズム５は、第１の斜面Ｓ1および第２の斜面Ｓ2の傾斜が緩やかなので、斜面Ｓ1，Ｓ2の光軸方向の幅を短くすることによってあまり正規結像光束の光路よりも太くしなくとも、ゴースト防止の効果が得られる。さらに、先端が鋭角のＶ字溝を導光プリズムに設けると、当該導光プリズムに外力が加わったとき、Ｖ字の頂点部分に応力が集中し、割れなどの破損が発生することが懸念されるが、本実施の形態の導光プリズム５は、そのような先端の頂角の小さい溝を有していないので、より外力に対して強固である。
【００５９】
（第２実施の形態）
図１２は、第２実施の形態に係る導光プリズム５と眼球６とを示す図である。第１実施の形態の導光プリズム５とは、先端部分の構成が異なっている。導光プリズム５の先端は、導光プリズム５内部に向けて反射面を有する凹面鏡５ｆとなっている。導光プリズム５の側面５ｂには、第１実施の形態と同様に、側面５ｂを周回するように第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2とが光軸に沿って、繰返し隣接して形成されている。
【００６０】
図１３は、表示素子７から射出された側面反射非正規光Ｒ1，Ｒ2の光路を説明する図である。導光プリズム５の内部には。凹面鏡５ｆに対して、約４５°傾く半透過鏡５ｇが設けられている。また、射出面５ｄは、屈折力を有していない。正規結像光束は、入射面５ａから入射し、半透過鏡５ｇを透過して凹面鏡５ｆで反射され、半透過鏡５ｇで反射されて射出面５ｄから瞳孔６ａに入射するように構成されている。その他の構成は、第１実施の形態と同様とし、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６１】
本実施の形態の導光プリズム５は、凹面鏡５ｆの有する正の屈折力によって、表示素子７に表示される画像の虚像を観察することができる。また、第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2に入射する側面反射非正規光Ｒ1，Ｒ2は、図１３に示すように第１実施の形態と同様に使用者の眼球６の瞳孔６ａ方向以外に向けて射出されるので、使用者に視認されずゴーストとならない。さらに、第１実施の形態と同様に、第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2の傾斜角度が小さいので、第１実施の形態と同様に溝の清掃が容易で、クラックの発生も防ぐことができる。
【００６２】
（第３実施の形態）
図１４は、第３実施の形態に係る導光リズムと眼球６とを示す図である。この導光プリズム５は、第２実施の形態に係る導光プリズム５の前方および後方の側面５ｂに、斜面を設けず平坦な面としたものである。また、この導光プリズム５は前後方向（眼から見た奥行き方向）の幅を、第２実施の形態の導光プリズム５より長くする。前後方向の幅を長くすることによって、斜面を設けなくとも導光プリズム５の前後の側面５ｂで不要な反射を減らすことで、ゴーストを防止することができる。また、前後方向の幅を広げても、使用者の眼球６に面した後方の側面の幅（高さ）は変わらないので、使用者の視界において導光プリズム５が視界を遮る大きさは変わらない。その他の構成は、第２実施の形態と同じである。なお、図１４中の矢印は、目視する方向の例を示す。
【００６３】
本実施の形態に係る導光プリズム５を用いることによって、使用者は、透明な導光プリズム５の前後の平坦且つ傾斜の無い側面を通して、導光プリズム５の前方の背景を観察することができる。すなわち、シーアラウンド機能を高めることが可能になる。また、半透過鏡（図１３における５ｇ）を用いることによって、表示素子７の画像と導光プリズム５の背景画像とを同時に視界に表示するシースルー画像を作り出すこともできる。
【００６４】
（第４実施の形態）
図１５は、第４実施の形態に係る頭部装着型表示装置の光学系の構成を説明する図である。この頭部装着型表示装置は、表示素子７、導光プリズム５および表示素子７を内蔵するとともに、導光プリズム５の入射面５ａを含む一方の端部の外周を覆って保持する筐体１０を備える。導光プリズム５は、射出面５ｄ側は第２および第３実施の形態と同様に、凹面鏡５ｆおよび半透過鏡５ｇを含む構成となっている。一方、導光プリズム５の筐体１０によって覆われている部分には、遮光用のＶ溝９とＶ溝９の光軸方向に隣接する両側に設けられた、光軸方向にほぼ傾きの無い平坦面５ｈ，５ｉが設けられる。筐体１０の内壁は、導光プリズム５の平坦面５ｈ，５ｉに接して、これを固定し保持する。これに対して、導光プリズム５の筐体１０から露出している部分には、第１および第２実施の形態と同様に、第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2とが、隣接して交互に設けられている。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。
【００６５】
本実施の形態によれば、第１実施の形態で説明した第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2での反射によるゴースト除去に加えて、Ｖ溝９での側面反射非正規光の遮光により、より効果的にゴーストを除去することができる。なお、Ｖ溝９は、筐体１０に覆われているので、使用者が直接触ることが無いので、皮脂等が付着することが無い。
【００６６】
（第５実施の形態）
図１６Ａは、第５実施の形態に係る頭部装着型表示装置に用いる導光プリズム５を表示素子７及び眼球６と共に示す斜視図である。また、図１６Ｂは導光プリズム５の形状を説明する図であり、（ｉ）は上面図、（ｉｉ）は光軸に沿う鉛直方向の部分断面図、（ｉｉｉ）は先端部分の部分断面図である。導光プリズム５の上側および下側の側面５ｂには、導光プリズム５の光軸Ｏ方向に直交する方向ではなく、傾いた方向に稜線が形成されるように、第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2とが、交互に隣接して多数配置されている。その他の構成は、第１実施の形態と同様である。
【００６７】
本実施の形態によれば、図１６Ｂ（ｉｉ）および図１６Ｂ（ｉｉｉ）に示すように、第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2との光軸に沿う断面の斜面傾斜成分をそれぞれθおよびγとし、第１実施の形態の説明において示した各関係式（１）〜（３）、（８）、（９）、（１３）、（１５）等に基づいて、導光プリズム５の寸法および形状（斜面の傾斜角度を含む）を決定することによって、第１実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
（第６実施の形態）
図１７は、第６実施の形態に係る頭部装着型表示装置の構成を、光軸方向に沿う部分断面図とともに示す図である。導光プリズム１５は、使用状態における水平方向の断面が、前方（使用者の視線方向）に短い底辺、および、後方（使用者の眼球側）に長い底辺を有する台形形状をしている。導光プリズム１５は、全体としてこの底辺の方向（長手方向）に長い形状となっている。また、上下方向の幅は略一定である。
【００６９】
導光プリズム１５の後方の側面１５ｂ1の一方の端部には、平坦な入射面１５ａが形成され、他方の端部には平坦な射出面１５ｄが形成される。また、導光プリズム１５の図１７の断面図の台形の斜辺の部分に該当する面には、研磨面として形成された入射側の反射面１５ｃ1と射出側の反射面１５ｃ2とが設けられている。さらに、導光プリズム１５の入射面１５ａと対向して表示素子７が配置され、入射面１５ａと表示素子７との間には、凸レンズ１１が配置される。導光プリズム１５の入射面１５ａ側の端部、表示素子７および凸レンズ１１は、図示しない本体部筐体によって保持される。
【００７０】
また、導光プリズム１５の上側側面および下側側面には、前方および後方の底辺に略平行する方向に延びる、法線方向が前方及び後方に傾いた斜面が交互に隣接して配置されている。これによって、導光プリズム１５の長手方向に延びる複数のクボミが形成されている。言い換えれば、導光プリズム１５の上側側面と下側側面とには、長手方向に延びる凸稜線と凹稜線を形成する複数の平面が交互に形成されている。なお、正規結像光束の反射する経路となっている、前方と後方との側面にはクボミは形成しない。なお、その他の構成は第１実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【００７１】
上記のような構成によって、表示素子７にから射出された正規結像光束は、凸レンズ１１を通り、入射面１５ａから導光プリズム１５に入射し、反射面１５ｃ1、後方の側面１５ｂ1、前方の側面１５ｂ2、後方の側面１５ｂ1、反射面１５ｃ2、の順に内部反射して、射出面１５ｄから使用者の眼球６に向けて射出される。凸レンズ１１の有する正の屈折力によって、使用者は表示素子７に表示される画像を、拡大虚像として観察することができる。
【００７２】
一方、画像観察に寄与しない側面反射非正規光については、導光プリズム１５の上下の側面に形成された斜面によって反射され、使用者の瞳孔外に向けて射出される。ここで、第１実施の形態の第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2と比較すると、本実施の形態の導光プリズム１５では、光軸が導光プリズム１５内でジグザクの形状をしているので、例えば、後方の側面１５ｂ1から前方の側面１５ｂ2へ向かう光軸Ｏに対しては、光束の進行方向に光軸Ｏに対して近接する面が、前方の側面１５ｂ2から後方の側面１５ｂ1へ向かう光軸Ｏに対しては、光束の進行方向光軸に対して遠ざかる面となる。すなわち、導光プリズム１５では、正規結像光束に対して、一つの斜面が第１型の斜面としても第２型の斜面としても作用する。したがって、導光プリズム１５の上下の側面に形成される各斜面は、第１実施の形態における｜θ｜および｜γ｜の双方に対する条件を同時に満たすように角度設定する。
【００７３】
本実施の形態によれば、導光プリズム１５のように内部で正規結像光束を複数回反射する導光プリズム１５を用いた場合でも、その側面に複数の斜面からなるクボミを形成することによって、側面反射非正規光を使用者の眼球６外へ向けて射出させることができる。クボミの溝は浅いので、第１〜第５実施の形態と同様に、容易に清掃することができる。
【００７４】
なお、上記各実施の形態の説明において、導光プリズムの第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2は、研磨面により構成されるとしたが、第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2を、砂面などの粗い面で形成することも可能である。そのような粗い面により入射非正規光の一部が乱反射されるような場合であっても、反射光は入射する非正規光の正反射方向により強い強度を有する。この強い強度を有する正反射方向の光は、上述の各実施例と同様に、使用者の眼球の瞳孔外へ向けて射出されるため、第１型の斜面Ｓ1および第２型の斜面Ｓ2を砂目などの粗い面で形成した場合であっても、側面反射非正規光によるゴーストの除去に対して十分な効果が得られる。
【００７５】
（第７実施の形態）
図１８Ａは、第７実施の形態に係る頭部装着型表示装置において、表示素子７から射出された側面反射非正規光の光路を説明する図である。また、図１８Ｂは、図１８Ａの導光プリズムの稜線部による非正規光の反射を示す図であって、図１８Ａの一点鎖線で囲まれた領域を拡大して示す図である。本実施形態における導光プリズム５は、第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2とからなる側面のうち少なくとも一部が粗面（例えば、砂目、梨地）で構成されている点が第１実施の形態（図３）の導光プリズムと異なる。図１８Ａおよび図１８Ｂでは、第１型の斜面Ｓ1と第２の斜面Ｓ2とがつくる稜線部Ｅが粗面となっている。
【００７６】
比較のため、図１９Ａに、図１８Ａの比較例の導光プリズム内での光路を説明する図を示す。また、図１９Ｂは、図１９Ａの一点鎖線で囲まれた領域における、導光プリズムの稜線部Ｅでの非正規光の反射を拡大して示す図である。導光プリズム５を特に樹脂成形により製造する場合、製造の精度によっては第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2とがつくる稜線部に丸みが生じやすい。そのため、図１９Ａ，図１９Ｂに示すように、稜線部Ｅで反射した非正規光は傾き｜η｜よりも小さな傾きの光線となり、僅かながらゴーストを生じさせる可能性がある。これに対して、本実施の形態では、図１８Ａ、図１８Ｂに示すように、稜線部Ｅ近傍を粗面にすることにより、稜線部Ｅでの反射光を散乱させ、非正規光を眼球６の瞳孔外へと逃すことができる。つまり、導光プリズム５の製造精度に寄らずゴーストを除去することができる。
【００７７】
また第１型の斜面Ｓ1と第２型の斜面Ｓ2の少なくとも一方、又は両斜面を粗面としてもよい。これにより、粗面で形成された第１型の斜面Ｓ1および／または第２型の斜面Ｓ2により、非正規光を散乱させたうえで、比較的強度の強い非正規光の正反射成分を第１実施の形態に記載したものと同様の光路を通して使用者の瞳孔外へ向けて射出させることができ、二重のゴースト対策が施されたことになる。したがって、導光プリズム５の製造の精度によらずゴースト対策が可能である。さらに、稜線部Ｅ近傍のみを粗面とする場合と比較して、金型の作成が容易となり製造にかかるコストも抑えることができる。
【００７８】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、頭部装着型表示装置の支持部は、眼鏡型のものに限られず、使用者の頭部に固定することができるのであれば、ゴーグル型やヘルメット型など種々の形状を有することができる。また、導光プリズムは使用時に水平方向に長いものに限られない。例えば、表示素子を前頭部に配置して、垂直方向に長い導光プリズムを使用することも可能である。また導光プリズムは幾多の材料が考えられるが、好ましくは樹脂である。プラスチック等の樹脂を用いることで製造が容易となる。
【符号の説明】
【００７９】
１    頭部装着型表示装置
２    眼鏡
３    本体部
５，１５    導光プリズム
６    眼球
６ａ    瞳孔
７    表示素子
９    Ｖ溝
１０    筐体
１１    凸レンズ
Ｓ1    第１の斜面（光軸方向に光軸から遠のく斜面）
Ｓ2    第２の斜面（光軸方向に光軸に近づく斜面）
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【国際調査報告】
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