(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
虚像表示のための表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、
前記画像表示素子からの画像光をコリメートして射出するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系からの画像光を導光して射出する導光部材を有するライトガイドと、
を各々一対備え、
各々の前記導光部材は、前記画像表示素子からの光を前記コリメート光学系を介して入射するための光線入射部と、前記画像光を外部に射出するための光線射出部と、前記画像光を前記光線射出部に導光して取り出す画像取り出し部と、を有し、
前記各画像表示素子は、それぞれの表示面における長手方向において画像光を出力する出力領域と、画像光を出力しない非出力領域とに区分され、
前記各画像表示素子の前記出力領域は、前記各画像表示素子の長手方向において区分けされる第1の領域と第2の領域の内、前記画像光が前記ライトガイド内を伝播する際に反射角度が小さくなる第2の領域であり、
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像を分割した互いに異なる部分画像の画像光を前記出力領域から出力する
ことを特徴とする虚像表示装置。  
【請求項２】
前記一対のコリメート光学系は、それぞれ、一以上の光学部品を含み、各光学部品は、対応する前記画像表示素子の前記非出力領域に対応する部位が切り欠かれた形状である
請求項１記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記画像表示素子の前記出力領域を照明する光源を有する
請求項１または２記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像について、画像の一部が重なるように部分画像の画像光を出力する
請求項１記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像について、画像が重複しないように部分画像の画像光を出力する
請求項１記載の虚像表示装置。
【請求項６】
虚像表示のための表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、前記画像表示素子からの画像光をコリメートして射出するコリメート光学系と、前記コリメート光学系からの画像光を導光して射出する導光部材を有するライトガイドと、を各々一対備えた虚像光学系における虚像表示方法であって、
前記画像表示素子からの光を前記コリメート光学系を介して光線入射部から前記各導光部材に入射し、前記各導光部材で前記画像光を光線射出部に向かって導光して前記光線射出部から前記画像光を外部に射出し、
前記各画像表示素子は、それぞれの表示面における長手方向において画像光を出力する出力領域と、画像光を出力しない非出力領域とに区分し、
前記各画像表示素子の前記出力領域は、前記各画像表示素子の長手方向において区分けされる第1の領域と第2の領域の内、前記画像光が前記ライトガイド内を伝播する際に反射角度が小さくなる第2の領域であり、
前記第１および第２の領域のうち前記反射角度が小さい側の領域を前記出力領域とし、
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像を分割した互いに異なる部分画像の画像光を前記出力領域から出力する
ことを特徴とする虚像表示方法。
【請求項７】
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像について、画像の一部が重なるように部分画像の画像光を出力する
請求項６記載の虚像表示方法。
【請求項８】
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像について、画像が重複しないように部分画像の画像光を出力する
請求項６記載の虚像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトガイドを用いた虚像表示装置及び虚像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元の画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察者に観察させるように表示する装置として、ライトガイドを用いた虚像表示装置が知られている。かかる虚像表示装置で用いられるライトガイドの一形態として、近年、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＨＭＤ」と称する。）が普及し始めている。ＨＭＤは、シースルーである透過型と非透過型に分類される。透過型のＨＭＤは、例えばＧｏｏｇｌｅ ＬＴＤ．（米国）のＧｏｏｇｌｅｇｌａｓｓ（商標登録）がある。
【０００３】
透過型のＨＭＤは、情報端末と組み合わせて使用したりＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の提供用として使用するため、小型で携帯性が良いものが望まれている。非透過型のＨＭＤは、映画鑑賞やゲームやＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）等の提供用として使用するため、没入感が得られる広視野角であることが望まれている。
【０００４】
近年、透過型のものにおいても、ユーザーニーズから、薄肉、小型、かつ、広視野角であることが要請されるようになり、かかる要請を考慮したものとして、以下の特許文献記載のものが知られている。
【０００５】
特許文献１の装置は、ある特定の反射率のコートを施した幾つものミラーを配置し、光線の入射角度によって、光線の反射と透過を振り分けて、画像光を取り出す方式としている。
【０００６】
特許文献２の装置は、ライトガイドの一つの側面に微細構造体と隙間ゾーンを設け、これらの部分で光線を反射、伝播させることで、画像光を取り出す方式としている。
【０００７】
特許文献３の装置は、互いに対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、導光部の内側に向かって傾斜して延びる複数の第一要素面と、第一要素面に対して鈍角をなして延びる複数の第二要素面とを交互に配置してなる導光板を用いた方式としている。
【０００８】
これらの方式の装置では、コリメート光学系を介してライトガイド内に取り込まれた光線は、導光板内の垂直視野方向において広がって伝播することから、以下のような問題点があった。
【０００９】
すなわち、画像光が導光板内に広がって伝播する場合、画像光を取り出すためのライトガイド内に設けた複数のミラーあるいはライトガイドの側面の周期的な微細構造に光が当たりにくく、広視野角になるほど光が効率良く取り出せなくなる。このため、観察する虚像内に隙間が生じ、あるいは輝度ムラとなる。
【００１０】
また、ライトガイドから効率良く画像光を取り出すために、複数のミラーの配置位置あるいは微細構造の周期を変える構成とすることも考えられる。しかしながら、かかる構成では、ある特定の目の位置では画像光の取り出しの効率を最適化できても、目の位置を変えると虚像の隙間あるいは輝度ムラが生じてしまう。
【００１１】
さらに、ライトガイド内で大きな反射角で伝搬する光線は、画像取り出しの際の微細構造部分では全反射によって反射するため、エネルギーのロスはない。これに対して、画像表示素子から発した光のうち、ライトガイド内で小さな反射角によって伝搬する光線は、微細構造部分に施された反射コートによって画像光となって反射するため、反射ロスを生じる。そのため、観察される虚像内に輝度ムラが生じる。
【００１２】
特許文献４は、左目用の画像表示素子と右目用の画像表示素子で、一方の画像表示素子の温度が規定値を超えた場合に、その画像表示素子を完全に非表示にし、温度が正常範囲内であるもう一方の画像表示素子のみで虚像を表示する方法を開示している。特許文献４は、一方の画像表示素子を完全に非表示状態とし、もう一方の画像表示素子を完全に表示状態とするものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、ライトガイドの広い視野角を確保しつつ、観察される虚像の隙間や輝度ムラを少なくすることができる虚像表示装置及び方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る虚像表示装置は、
虚像表示のための表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、
前記画像表示素子からの画像光をコリメートして射出するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系からの画像光を導光して射出する導光部材を有するライトガイドと、
を各々一対備え、
各々の前記導光部材は、前記画像表示素子からの光を前記コリメート光学系を介して入射するための光線入射部と、前記画像光を外部に射出するための光線射出部と、前記画像光を前記光線射出部に導光して取り出す画像取り出し部と、を有し、
前記各画像表示素子は、それぞれの表示面における長手方向において画像光を出力する出力領域と、画像光を出力しない非出力領域とに区分され、
前記各画像表示素子の前記出力領域は、前記各画像表示素子の長手方向において区分けされる第1の領域と第2の領域の内、前記画像光が前記ライトガイド内を伝播する際に反射角度が小さくなる第2の領域であり、
前記各画像表示素子は、両目で視認される全体画像を分割した互いに異なる部分画像の画像光を前記出力領域から出力する
ことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ライトガイドの広い視野角を確保しつつ、観察される虚像の隙間や輝度ムラを少なくすることができる虚像表示装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る虚像表示装置の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のライトガイドの導光部材における光線入射部と反射部を説明するための部分拡大平面図である。
【図３】前記導光部材における画像取り出し部と画像射出部を説明するための部分拡大平面図である。
【図４】本発明に係る虚像表示装置の一例を示す斜視図である。
【図５】本実施形態の虚像表示装置で射出される画像光および虚像を説明するための図であり、射出された画像光を両目で観察したときの虚像の状態を示す図である。
【図６】図１の虚像表示装置の変形例を説明する図であり、コリメート光学系を構成する光学部品の一部を切断した例を模式的に示す平面図である。
【図７】左目用、右目用のそれぞれの画像表示素子の表示面の長手方向における両端から射出された２つの光が導光部材内で伝播する様子を説明するための、虚像表示装置の平面図である。
【図８】虚像表示装置において、画像表示素子を照明する光源を加えた例を示す平面図である。
【図９】導光部材の第２実施形態を説明する図であり、側面に再帰反射部を設けた例を示す斜視図である。
【図１０】図９における導光部材の光線入射部を説明するための部分拡大平面図である。
【図１１】図９における導光部材の画像取り出し部と画像射出部を説明するための部分拡大平面図である。
【図１２】図９の導光部材内で画像表示素子の隅から射出された画像光が導光する様子を示す前面図である。
【図１３】図９の導光部材内で画像表示素子の隅から射出された画像光が導光する様子を示す平面図である。
【図１４】図１２及び図１３に示す虚像表示装置において、左右の画像表示素子の全ての表示領域で画像光を表示した場合を説明する図であり、（а）は左目で見たとき、（ｂ）は右目で見たときの虚像の輝度分布の様子を示す。
【図１５】図１２及び図１３に示す虚像表示装置において、左目用、右目用のそれぞれの画像表示素子の表示面の長手方向における両端から射出された２つの光が導光部材内で伝播する様子を説明するための平面図である。
【図１６】図１５の構成において、導光部材内で伝播する際の光の反射角が小さくなる側の表示領域部分のみから画像光を出力した場合の虚像分布を示し、（а）は左目で見たとき、（b）は右目で見たときの虚像の輝度分布のデータである。
【図１７】図１５における左右それぞれの虚像の輝度分布を両目で観察したときの虚像の輝度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態を説明する。以下に説明する各実施形態は、透過型のライトガイドを用いた虚像表示装置に関し、より具体的には、左右一対の虚像光学系を備えたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に関する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１に第１実施形態に係るＨＭＤとしての虚像表示装置１の構成を示し、その変形例を図６乃至図８にそれぞれ示す。これら図１，図６乃至図８では、虚像表示装置における虚像表示光学系の光路を実線で示すとともに、装置のユーザすなわち虚像観察者の目を模式的に描いている。
【００１９】
図１に示すように、虚像表示装置１は、左右一対の虚像光学系を有しており、各々の虚像光学系は、画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）と、コリメート光学系３００（３００Ｌ，３００Ｒ）と、ライトガイド５０（５０Ｌ，５０Ｒ）とを含む。また、虚像表示装置１は、これらの光学素子を格納するケーシングやヘッドバンドなどの筐体を有する。以下、特に明示しない限り、左目用（Ｌ側）の虚像光学系の構成を説明する。また、ライトガイド５０の面に関し、観察者から見て手前側（図１において下側）の面を「後面」とし、奥側（図１において上側）の面を「前面」として説明する。
【００２０】
画像表示素子１０は、ライトガイド５０を通じて表示する虚像の基となる表示画像の画像光を出力するデバイスである。画像表示素子１０は、有機ＥＬＤ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子１０として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が適用可能である。また、画像表示素子１０として、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）が適用可能である。さらに、画像表示素子１０として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が適用可能である。
【００２１】
本実施形態では、画像表示素子１０は、左目用の画像表示素子１０Ｌと右目用の画像表示素子１０Ｒとで互いに異なる表示画像の画像光を出力する構成となっており、かかる構成の詳細は後述する。
【００２２】
また、本実施形態では、画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）は、それぞれ横（水平方向）に長い矩形の表示面を有し、かかる表示面の全ての領域から画像光を出力するのではなく、一部の領域から画像光を出力するようになっている。
【００２３】
具体的には、画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）の表示面は、その長手方向に対して、画像光を出力する出力領域１０ｄと、画像光を出力しない非出力領域１０ｎとに区分される。本実施形態では、左目用の画像表示素子１０Ｌの表示面の右側、及び右目用の画像表示素子１０Ｒの表示面の左側に、出力領域１０ｄがそれぞれ形成される。この例では、出力領域１０ｄは、画像表示素子１０の表示面の１／２の面積であり、言い換えると、表示面における出力領域１０ｄと非出力領域１０ｎとの面積比は１対１である。表示面における出力領域１０ｄと非出力領域１０ｎとの面積比は種々に変更され得る。
【００２４】
コリメート光学系３００は、図１では模式的に描いているが、実際には複数の光学レンズや絞りなどから構成され（図４参照）、画像表示素子１０から出力される画像光を拡大し平行光として射出する。
【００２５】
ライトガイド５０は、画像表示素子１０が射出する画像光を内部に入射及び導光して虚像表示のために射出する素子であり、本実施形態では、全体が略角柱状、平面視で五角形の外形を呈する導光部材１００からなる。
【００２６】
ライトガイド５０の導光部材１００は、画像表示素子１０からの画像光を内部に取り込んで導光し、虚像表示のために外部に射出する役割を有する。このため、導光部材１００は、画像光を内部に入射する光線入射部１０１、入射した画像光を反射する反射部１０２、画像光を内部に導光させるための前面及び後面、導光した画像光を取り出して外部に射出させるための光線射出部１０４を備える。また、導光部材１００は、画像光を光線射出部１０４に導光して取り出す画像取り出し部１０３を備える。
【００２７】
本実施形態では、導光部材１００の前面に画像取り出し部１０３が、導光部材１００の後面に光線射出部１０４が、それぞれ設けられている。画像取り出し部１０３は、導光部材１００の内部に導光される画像光を光線射出部１０４に向けて反射させる役割を有し、光線射出部１０４は、画像取り出し部１０３から導かれた画像光を虚像観察者の目に向けて外部に射出させる役割を有する。
【００２８】
導光部材１００の前面のうち画像取り出し部１０３が設けられていない領域は、入射した画像光を全反射して進行させるための全反射面１０５である。シースルー性を良好にするために、導光部材１００の全反射面１０５と後面は、それぞれ平面であり、互いに平行に形成されている。
【００２９】
図１では導光部材１００の前面すなわち全反射面１０５と画像取り出し部１０３が一直線であるが、本実施形態では、画像取り出し部１０３は階段状の構成であり（図３参照）、詳細な構成については後述する。画像取り出し部１０３は、光線入射部１０１に向かって導光部材１００の部材の厚みが増すような形状となっている。
【００３０】
図２に、導光部材１００の光線入射部１０１及び反射部１０２を拡大して示し、光線入射部１０１及び反射部１０２の各々の延長線を点線で示す。図２に示すように、反射部１０２は、光線入射部１０１に対して角度θ0で傾斜している。光線入射部１０１は、導光部材１００の後面に設けられており、反射部１０２は、導光部材１００の前面に対して所定の角度（１８０−θ0度）をなして設けられている。本実施形態では光線入射部１０１と反射部１０２との間に切欠面１００ａが設けられている。他の形態として、切欠面１００ａがない構成、すなわち光線入射部１０１と反射部１０２とが平面三角形状に連続する構成としてもよい。
【００３１】
反射部１０２には任意のコート材によるコーティングを施すことができる。ライトガイド５０の内部に画像情報を導光させるためには、反射部１０２は、アルミニウムや銀、誘電コートなどの反射率が高いミラーコートを施すことが望ましい。
【００３２】
導光部材１００の画像取り出し部１０３を図３に拡大して示す。図３中、光線射出部１０４と平行な基準面を点線で表している。画像取り出し部１０３は、図３に示すように、光線射出部１０４に対してθaの角度を有する第１面１０３ａと、光線射出部１０４に対してθbの角度を有する第２面１０３ｂとが交互に配置されており、略階段状の形状をなしている。図３中、光線射出部１０４と平行な仮想面を点線で表し、第２面１０３ｂの幅をｗで表している。
【００３３】
画像取り出し部１０３の第１面１０３ａは、導光部材１００の内部に入射した画像光を光線射出部１０４に導いて光線射出部１０４から射出させる役割を担う面であり、光線射出部１０４に対してθaの角度で傾斜する平面となっている。ここで、光線射出部１０４に対する第１面１０３ａの傾斜の向きは、光線入射部１０１に対する反射部１０２の傾斜の向きと逆である。
【００３４】
第１面１０３ａが光線射出部１０４に対して傾斜する角度θaの値は、導光部材１００の材質の屈折率にもよるが、２０度から４０度までの範囲に設定することが好ましい。また、角度θaの値は、上述した光線入射部１０１に対する反射部１０２の傾斜角θ0の値と同一に設定することがより好ましく、かかる設定とすることで、コリメート光学系３００の配置の調整等が容易になる。
【００３５】
他方、第２面１０３ｂは、入射された画像光を反射させる反射面としての役割を担う面であり、光線射出部１０４と平行な平面となっている。したがって、角度θb＝０°である。さらに、第２面１０３ｂは、シースルー性を確保するため、ライトガイド５０の前面及び後面からの外部の光を入射させる透過面としての役割も担っている。
【００３６】
画像取り出し部１０３すなわち第１面１０３ａ及び第２面１０３ｂには、任意のコーティングを施すことができる。ここで、ライトガイド５０にシースルー性を持たせることを考慮すると、画像取り出し部１０３には、ある程度透過率を確保したハーフミラーなどのコーティングを施すことが望ましい。
【００３７】
第２面１０３ｂを光線射出部１０４に対して傾斜させる、すなわち角度θb≠０°に設定すると、導光部材１００内で導光される画像光が、第２面１０３ｂで反射される反射角と、光線射出部１０４で反射される反射角とで一致せずに変化することになる。この場合、光線入射部１０１から入射される光線と光線入射部１０１の法線とのなす角で定義される入射角θinと、光線射出部１０４から射出される光線と光線射出部１０４の法線とのなす角で定義される射出角θoutとが同角度とならない。さらに、画像光が第１面１０３ａ及び光線射出部１０４を通じてライトガイド５０の外部に射出される際に、異なった方向に射出されてしまい、虚像としては思わしくないものとなってしまう。したがって、本実施形態では、角度θb＝０°とし、第２面１０３ｂを光線射出部１０４に対して平行に形成している。
【００３８】
図３に示すように、各第２面１０３ｂは、光線入射部１０１から離れるに従って当該面の高さが順次低くなるような構造とすることが好ましい。言い換えると、光線入射部１０１から離れるに従って、第２面１０３ｂと光線射出部１０４との距離すなわち導光部材１００の部材の厚さが薄くなる構成とすることが好ましい。
【００３９】
導光部材１００における画像取り出し部１０３の第２面１０３ｂの幅ｗの値は、
０．５[ｍｍ]  ＜  ｗ  ＜  ３．０[ｍｍ]
の条件を満たすように設定される。ここで、幅ｗは、導光部材１００の長手方向に沿った方向すなわち入射された画像光の進行方向に沿った方向における第２面１０３ｂの長さである。
【００４０】
以下、第２面１０３ｂの幅ｗの設定条件について詳細に説明する。
【００４１】
虚像として確認できる視野の幅を「アイボックス」と称し、虚像が確認できる光線射出部１０４から眼球までの距離を「アイレリーフ」と称する。そして、アイボックスの径をφ、アイレリーフをＬ、ライトガイドの厚み（肉厚）をｔｌ、画像取り出し部１０３が有する光線射出部１０４と平行な面すなわち第２面１０３ｂの数をｎとすると、第２面１０３ｂの幅ｗは、次式で表される。
【００４２】
0006694158.tif 000002
【００４３】
ここで、アイボックスの幅が広いほど見える範囲も広くなるため、通常、アイボックス径φは大きいほうが望ましい。他方、アイボックス径φを大きくすると、ライトガイドの厚みが厚くなり、ライトガイドの設計難易度が高くなりがちとなる。
【００４４】
一般的には、目の瞳の直径は５mm程度であるが、個人差に応じてライトガイド５０の適切な位置設定が必要となるため、アイボックス径φを大きく設定する方が良い。また、後述のようにライトガイド５０を眼鏡型の虚像表示装置に適用することを考慮すると、一般にアイレリーフＬは１５mm以上必要である。
【００４５】
したがって、例えばアイレリーフを２０mmに設定し、アイボックスを５mm以上１０mm以下に設定すると、第２面１０３ｂの幅ｗは、上記の
０．５[ｍｍ]  ＜  ｗ  ＜  ３．０[ｍｍ]
の条件を満たす必要がある。
【００４６】
画像取り出し部１０３の第２面１０３ｂの幅ｗが０．５ｍｍに満たない場合、第１面１０３ａの幅を短くする必要があり、入射された画像光の回折現象が生じやすくなり、また製造が難しくなるため、望ましくない。さらに、第１面１０３ａの幅を短くすることなしに、アイレリーフ２０mmの位置においてアイボックス５mm以上１０mm以下を確保するためには、ライトガイドの厚みを増す必要があり、重量も大きくなるため望ましくない。
【００４７】
一方、第２面１０３ｂの幅ｗが３．０ｍｍを超える場合、入射された画像光につき、第１面１０３ａを反射して光線射出部１０４から射出される光線の密度が低下し、目の位置における光量が低下するため、望ましくない。したがって、画像取り出し部１０３の第２面１０３ｂの幅ｗは、０．５[ｍｍ]  ＜  ｗ  ＜  ３．０[ｍｍ]の条件を満たすことが望ましい。
【００４８】
第２面１０３ｂの幅ｗは、各々の第２面１０３ｂで異なる値としてもよい。具体的には、通常、反射部１０２からの距離が長くなるほど画像光の光線密度が低下することから、反射部１０２からの距離が長くなるほど第２面１０３ｂの幅ｗを小さくする設定にするとよい。かかる設定とすることで、反射部１０２から遠くなるほど第１面１０３ａの単位長さあたりの配置数が増えるので、光量ムラを低減させることができる。
【００４９】
同様に、光量ムラを低減させるために、画像取り出し部１０３の第１面１０３ａの幅を各々の第１面１０３ａで異なる幅としてもよい。ここで、第１面１０３ａの幅は、導光部材１００の長手方向に沿った方向すなわち入射された画像光の進行方向に沿った方向における第１面１０３ａの長さである。具体的には、反射部１０２からの距離が長くなるほど第１面１０３ａの幅を大きくする設定にするとよい。かかる設定とすることにより、反射部１０２から遠くなるほど第１面１０３ａの面積が大きくなるので、光量ムラを低減させることができる。
【００５０】
導光部材１００の厚みは、１ｍｍから８ｍｍの範囲とすることが望ましい。導光部材１００の厚みが１ｍｍに満たないと、画像取り出し部１０３の形状を形成することが困難となる。他方、導光部材１００の厚みが８ｍｍを超えると、広視野角を得るには有利であるが、部材の重量が大きくなることから、好ましくない。
【００５１】
かかる構成の導光部材１００によれば、光線入射部１０１から入射した画像光の進む方向から見ると、各第２面１０３ｂの高さが順次低くなり、画像光が全反射される間隔が狭まる。このため、画像取り出し部１０３で反射される光線が次第に増え、光線射出部１０４から目に入る光線が多くなり、輝度ムラの少ない良好な虚像を観察することが出来る。
【００５２】
図４は、導光部材１００の後面側から虚像表示装置１を斜視的に表した図である。かかる虚像光学系を備えた本実施形態の虚像表示装置１によれば、画像表示素子１０から射出された画像光は、コリメート光学系３００を通過することで、拡大され平行光としてライトガイド５０に入射する。すなわち、コリメート光学系３００で拡大された平行光である画像光は、ライトガイド５０における導光部材１００の光線入射部１０１から入射して導光部材１００の内部に導光される。導光された画像光は、導光部材１００の内部を、前面及び後面で全反射されながら進行する。画像光は、上述した画像取り出し部１０３に到達すると、上述した第１面１０３ａで反射されて光線射出部１０４に導かれ、光線射出部１０４からユーザの目に向けて画像情報として射出される。ユーザは、導光部材１００の光線射出部１０４を通して前方を覗くことで、画像光の虚像を視認することができる。詳細には、ユーザは、左目で導光部材１００Ｌの光線射出部１０４を通して前方を覗き、右目で導光部材１００Ｒの光線射出部１０４を通して前方を覗くことで、画像光の虚像を視認することができる。
【００５３】
図５は、本実施形態の虚像表示装置において左目用、右目用のそれぞれの画像表示素子１０に対して別々の領域を表示し、両目で観察した際に得られる画像すなわち虚像の例を示している。図５中、左側に示す画像ＩＲは右目で視認される虚像であり、右側に示す画像ＩＬは左目で視認される虚像である。言い換えると、図５中、左側に示す虚像ＩＲは、右目用の画像表示素子１０Ｒが表示した部分画像に基づく虚像であり、右側に示す虚像ＩＬは、左目用の画像表示素子１０Ｌが表示した部分画像に基づく虚像である。
【００５４】
このように、本実施形態では、画像表示素子１０Ｌと画像表示素子１０Ｒとで互いに異なる画像を射出する。すなわち、画像表示素子１０Ｌ及び１０Ｒは、それぞれ、両目で同時に視認される全体画像を左右に２分割した部分画像の内の一方の部分画像の画像光を出力する。より具体的には、ユーザの両目で視認される全体の画像（虚像）に関し、左目用の画像表示素子１０Ｌが全体画像の右半分の部分画像を表示し、右目用の画像表示素子１０Ｒが全体画像の左半分の部分画像を表示する。
【００５５】
このような部分画像を表示するために、図１で上述したように、左目用の画像表示素子１０Ｌの表示面の右半分および右目用の画像表示素子１０Ｒの表示面の左半分が出力領域１０ｄとされる。また、画像表示素子１０Ｌの表示面の左半分および画像表示素子１０Ｒの表示面の右半分が非出力領域１０ｎとされる。
【００５６】
画像表示素子１０の表示面を出力領域１０ｄと非出力領域１０ｎとに区分けするために、例えば、画像表示素子１０Ｒの右半分及び画像表示素子１０Ｌの左半分の表示面に覆いを被せる構成とすることができる。かかる構成とすることで、当該覆いを被せられた領域が非出力領域１０ｎとして機能し、かかる領域からの画像光の出力が物理的に遮断される。
【００５７】
他方、画像表示素子１０の表示面を出力領域１０ｄと非出力領域１０ｎとに区分けするために、電気的な処理で非出力領域１０ｎに対応する領域（画素など）からの出力を禁止する構成とすることもできる。かかる構成とすることで、出力禁止の領域が非出力領域１０ｎとして機能し、かかる領域からの画像光の出力が電気的な処理で禁止される。
【００５８】
このように、画像表示素子１０Ｒ及び画像表示素子１０Ｌから互いに異なる部分画像を出力することで、各々のライトガイド（５０Ａ，５０Ｂ）から射出された部分画像の虚像を両目で観察する。このとき、左目で見た虚像と右目で見た虚像が補完し合うことで、全体画像の虚像が確認される。
【００５９】
（変形例）
本実施形態の変形例を図６に示す。図６は、コリメート光学系３００を構成する光学部品の一部を切欠き形状とした場合を示す平面図である。図６では模式的に描いているが、実際には、コリメート光学系３００は、複数の光学レンズや絞りなどから構成される（図４参照）。そして、これら個々の光学部品は、対応する画像表示素子１０（１０Ｌまたは１０Ｒ）の非出力領域１０ｎに対応する部位が切り欠かれた形状となっている。
【００６０】
図１と比較して分かるように、図６に示す変形例では、左目用のコリメート光学系３００Ｌは、かかる光学系を構成する光学レンズの左半分側が切除されている。同様に、右目用のコリメート光学系３００Ｒは、かかる光学系を構成する光学レンズの右半分側が切除されている。このような構成とすることで、コリメート光学系３００を軽量、小型に実現できる。
【００６１】
図７は、画像表示素子１０から射出された画像光が導光部材１００内で伝播する様子を示す平面図である。図７では、画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）の表示面の全ての領域、すなわち出力領域１０ｄのみならず非出力領域１０ｎからも画像光を出力する場合を仮定して図示している。図７中、それぞれの画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）の表示面の横（水平）方向すなわち長手方向の中央を区画する基準面１１を、破線で示している。
【００６２】
図７に示すように、左側すなわち左目用の導光部材１００Ｌに関し、画像表示素子１０Ｌの表示領域の図中の左側から射出される実線で示す光は、右側から射出される点線で示す光よりも、導光部材１００Ｌ内での反射角度が大きくなることが分かる。他方、右側すなわち右目用の導光部材１００Ｒに関してはその逆になる。すなわち、画像表示素子１０Ｒの表示領域の左側から射出される点線で示す光は、右側から射出される実線で示す光よりも導光部材１００内での反射角度が小さくなることが分かる。
【００６３】
導光部材１００内で伝播する光は、導光部材１００内での反射角度が小さい方が画像取り出し部１０３の第１面１０３ａに当たる頻度が高くなるため、画像光として取り出しやすくなる。逆に、導光部材１００内で大きい反射角で伝播する光は、画像取り出し部１０３の第１面１０３ａに当たる頻度が低くなるため、画像光として取り出し難くなり、目に到達する光が少なくなる。そのため、導光部材１００内で反射角度が大きい光を射出する画像表示素子１０の表示面内の領域は、虚像の隙間や輝度ムラなどが発生しやすい部分になる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、図７に示すように、左右のそれぞれの画像表示素子１０において、画像表示素子から出力された画像光が導光部材１００内で伝播する際の反射角が小さくなる領域のみに出力領域１０ｄを設ける。言い換えると、出力領域１０ｄと非出力領域１０ｎとを区画する基準面１１の位置は、画像表示素子から出力された画像光が導光部材１００内で伝播する際の反射角が小さくなる領域を規定するように設定ないし調整され得る。かかる構成とすることで、左右それぞれの虚像（部分画像）における隙間や輝度ムラなどが低減され、両目で観察したときに良好な虚像（全体画像）になる。
【００６５】
ここで、画像表示素子１０の表示面の中心から射出された光が導光部材１００内で伝播する際の反射角をθとすると、
反射角θ＝２×θ0
となる。
【００６６】
そのため、画像表示素子１０から射出された光が導光部材１００内で伝播する際に、反射角がθ以下になるように出力領域１０ｄを設けて画像光を射出させるようにする。この場合、導光部材１００内で伝播する際の反射角が小さくなり、隙間や輝度ムラが可及的に抑制された良好な虚像を得ることが出来る。
【００６７】
図８は、画像表示素子１０として液晶やＤＭＤなどの光源が必要とされるものを使用した場合を示す。図８の例では、光源４００を用いて、左右それぞれの画像表示素子１０の表示領域の内、画像光の表示部分のみを照明する構成となっている。かかる構成とすることで、画像表示素子１０の表示領域の一部（この例では半分）に光源４００の光を効率良く集めることが出来るので、省エネルギーになる。
【００６８】
（導光部材の第２実施形態）
図９乃至図１３を参照して、導光部材の第２実施形態を説明する。図９は、４０度以上の広視野角の虚像表示装置を構成するのに好適な導光部材１００Ａを示す図であり、上述した第１実施形態と同一機能の部位には同一符号を付して説明する。
【００６９】
図９に示すように、導光部材１００Ａは、全体が略角柱状、平面視で楔状の外形を呈する。導光部材１００Ａは、画像光を内部に入射する光線入射部１０１、入射した画像光を反射して内部に導光させるための前面及び後面、導光した画像光を取り出して外部に射出させるための光線射出部１０４を備える。さらに、導光部材１００は、光線入射部１０１から入射し導光部材内を導光する画像光の進行方向を反転させる再帰反射部１０６と、再帰反射部１０６で進行方向が反転された画像光を光線射出部１０４に導光して取り出す画像取り出し部１０３を備える。
【００７０】
導光部材１００Ａは、前面に画像取り出し部１０３が、後面に光線射出部１０４が、それぞれ設けられている。画像取り出し部１０３は、内部に導光される画像光を光線射出部１０４に向けて反射させる役割を有し、光線射出部１０４は、画像取り出し部１０３から導かれた画像光を虚像観察者の目に向けて外部に射出させる役割を有する。
【００７１】
導光部材１００Ａの前面のうち画像取り出し部１０３が設けられていない領域は、入射した画像光を全反射して進行させるための全反射面１０５である。シースルー性を良好にするために、導光部材１００の全反射面１０５と後面は、それぞれ平面であり、互いに平行に形成されている。
【００７２】
画像取り出し部１０３は、再帰反射部１０６に向かって導光部材１００の部材の厚みが増すような形状となっており、詳細な構成については後述する。再帰反射部１０６は、光線入射部１０１とは反対側の端面に形成されており、詳細な構成については後述する。
【００７３】
導光部材１００Ａの光線入射部１０１を図１０に拡大して示す。光線入射部１０１は、導光部材１００Ａの後面から連続して設けられており、画像光の入射面積をより広く確保するために、導光部材１００Ａの前面から突起した形状となっている。
【００７４】
導光部材１００Ａの画像取り出し部１０３を図１１に拡大して示す。図１１中、光線射出部１０４と平行な基準面を点線で表している。画像取り出し部１０３は、図１１に示すように、光線射出部１０４に対してθｃの角度で傾斜する傾斜面（以下、第１実施形態と区別するため「第３面」と称する）１０３ｃと、光線射出部１０４に対してθｄの角度を有する第４面１０３ｄとを備える。画像取り出し部１０３は、かかる第３面１０３ｃと第４面１０３ｄとが交互に配置されており、略階段状の形状をなしている。
【００７５】
画像取り出し部１０３の第３面１０３ｃは、導光部材１００の内部に入射し且つ再帰反射部１０６で反射した画像光を光線射出部１０４に導いて光線射出部１０４から射出させる役割を担う面であり、光線射出部１０４に対して傾斜する平面となっている。第３面１０３ｃは、光線射出部１０４に対して所定の傾斜角で傾斜することにより、再帰反射部１０６と対向している。
【００７６】
第３面１０３ｃが光線射出部１０４に対して傾斜する角度θｃの値は、導光部材１００の材質の屈折率にもよるが、２０度から４０度までの範囲に設定することが好ましい。
【００７７】
他方、第４面１０３ｄは、入射された画像光を反射させて再帰反射部１０６に導く役割、及び再帰反射部１０６で進行方向が反転された画像光を反射させる反射面としての役割を担う面であり、光線射出部１０４と平行な平面となっている。したがって、角度θｄ＝０°である。さらに、第４面１０３ｄは、シースルー性を確保するため、ライトガイド５０の前面及び後面からの外部の光を入射させる透過面としての役割も担っている。
【００７８】
第４面１０３ｄを光線射出部１０４に対して傾斜させる、すなわち角度θｄ≠０°に設定すると、導光部材１００内で導光される画像光が、第４面１０３ｄで反射される反射角と、光線射出部１０４で反射される反射角とで一致せずに変化することになる。この場合、光線入射部１０１から入射される光線と光線入射部１０１の法線とのなす角で定義される入射角θinと、光線射出部１０４から射出される光線と光線射出部１０４の法線とのなす角で定義される射出角θoutとが同角度とならない。さらに、画像光が第４面１０３ｄ及び光線射出部１０４を通じてライトガイド５０の外部に射出される際に、異なった方向に射出されてしまい、虚像としては思わしくないものとなってしまう。したがって、本実施形態では、角度θｄ＝０°とし、第４面１０３ｄを光線射出部１０４に対して平行に形成している。
【００７９】
図１１に示すように、各第４面１０３ｄは、再帰反射部１０６に近づくに従って当該面の高さが順次高くなるような構造とすることが好ましい。言い換えると、再帰反射部１０６に近づくに従って、第４面１０３ｄと光線射出部１０４との距離すなわち導光部材１００の部材の厚さが大きくなる構成とすることが好ましい。
【００８０】
かかる構成の導光部材１００Ａによれば、再帰反射部１０６で光線の進行方向が反転した後の画像光の進む方向から見ると、各第４面１０３ｄの高さが順次低くなり、画像光が全反射される間隔が狭まる。このため、画像取り出し部１０３で反射される光線が次第に増え、光線射出部１０４から目に入る光線が多くなり、輝度ムラの少ない良好な虚像を観察することが出来る。
【００８１】
次に、図１２の前面図および図１３の平面図を参照して、導光部材１００Ａに設けられている再帰反射部１０６の詳細を説明する。
【００８２】
図１２に示すように、再帰反射部１０６は、光線射出部１０４に対して垂直な面となる導光部材１００Ａの一の側面上、具体的には光線入射部１０１とは反対側の端面上に設けられている。この再帰反射部１０６は、多数の面で構成されている。言い換えると、光線入射部１０１とは反対側の端面は、平面ではなく、再帰反射部１０６としての多数の面が形成されている。
【００８３】
図１２に示すように、再帰反射部１０６は、光線入射部１０１に連続する導光部材１００の一の側面１０７に対して角度θｓで傾斜する第１傾斜面１０６ａと、第１傾斜面１０６ａに対して角度θpで傾斜する第２傾斜面１０６ｂと、が連続して形成される。そして、第１傾斜面１０６ａ及び第２傾斜面１０６ｂにより、一つのプリズムが構成される。言い換えると、再帰反射部１０６は、光線入射部１０１とは反対側の端面上に複数の屋根形のプリズムが連続して設けられてなる構成である。第１傾斜面１０６ａと第２傾斜面１０６ｂとは、互いに略等しい形状と面積を有する平面である。
【００８４】
本実施形態において、側面１０７と第１傾斜面１０６ａとのなす角θｓは、１３５度である。また、第１傾斜面１０６ａと第２傾斜面１０６ｂのなす角θpは、プリズムの頂角であり、本実施形態では９０度に形成されている。したがって、再帰反射部１０６は、頂角が９０度である多数個のプリズムで構成されている。
【００８５】
再帰反射部１０６に到達した画像光を良好に反射させるため、再帰反射部１０６すなわち第１傾斜面１０６ａ及び第２傾斜面１０６ｂに反射率の高いコートを設けることが好ましい。かかるコートの反射率は、７０％以上であることが望ましい。
【００８６】
本実施形態では、光線射出部１０４に対して垂直な側面の内の一つ、すなわち光線入射部１０１とは反対側の端面に再帰反射部１０６を形成している。
【００８７】
導光部材１００Ａの材質は、シースルー性を考慮すると透過性の高い材質が好ましく、さらに、上述した画像取り出し部１０３の加工を考慮すると、樹脂で成形することが好ましい。
【００８８】
また、画像取り出し部１０３には任意のコートを施すことができ、例えば、アルミニウムや銀、誘電コートなどのミラーコートを施すことができる。導光される画像光の光量の損失を出来るだけ防止するために、画像取り出し部１０３の第３面１０３ｃは、反射率が略１００％のコートを施すことが望ましい。
【００８９】
導光部材１００Ａにおける画像取り出し部１０３の第４面１０３ｄの幅ｗ２の値は、
０．５[ｍｍ]  ＜  ｗ２  ＜  ３．０[ｍｍ]
の条件を満たすように設定される。ここで、幅ｗ２は、導光部材１００の長手方向に沿った方向すなわち入射された画像光の進行方向に沿った方向における第４面１０３ｄの長さである。
【００９０】
第４面１０３ｄの幅ｗ２の設定条件については、上述した第２面１０３ｂの幅ｗと同様の観点から、
０．５[ｍｍ]  ＜  ｗ２  ＜  ３．０[ｍｍ]の条件を満たすことが望ましい。
【００９１】
画像取り出し部１０３の第４面１０３ｄの幅ｗ２が０．５ｍｍに満たない場合、第３面１０３ｃの幅を短くする必要があり、入射された画像光の回折現象が生じやすくなり、また製造が難しくなるため、望ましくない。さらに、第３面１０３ｃの幅を短くすることなしに、アイレリーフ２０mmの位置においてアイボックス５mm以上１０mm以下を確保するためには、ライトガイドの厚みを増す必要があり、重量も大きくなるため望ましくない。
【００９２】
一方、第４面１０３ｄの幅ｗ２が３．０ｍｍを超える場合、入射された画像光につき、第３面１０３ｃを反射して光線射出部１０４から射出される光線の密度が低下し、目の位置における光量が低下するため、望ましくない。したがって、画像取り出し部１０３の第４面１０３ｄの幅ｗ２は、０．５[ｍｍ]  ＜  ｗ２  ＜  ３．０[ｍｍ]の条件を満たすことが望ましい。
【００９３】
第４面１０３ｄの幅ｗ２は、各々の第４面１０３ｄで異なる値としてもよい。具体的には、通常、光線入射部１０１からの距離が短くなるほど画像光の光線密度が低下することから、光線入射部１０１からの距離が短くなるほど第４面１０３ｄの幅ｗを小さくする設定にするとよい。かかる設定とすることで、光線入射部１０１から近くなるほど第３面１０３ｃの単位長さあたりの配置数が増えるので、光量ムラを低減させることができる。
【００９４】
同様に、光量ムラを低減させるために、画像取り出し部１０３の第３面１０３ｃの幅を各々の第３面１０３ｃで異なる幅としてもよい。ここで、第３面１０３ｃの幅は、導光部材１００の長手方向に沿った方向すなわち入射された画像光の進行方向に沿った方向における第３面１０３ｃの長さである。具体的には、光線入射部１０１からの距離が短くなるほど第３面１０３ｃの幅を大きくする設定にするとよい。かかる設定とすることにより、光線入射部１０１から近くなるほど第３面１０３ｃの面積が大きくなるので、光量ムラを低減させることができる。
【００９５】
導光部材１００Ａの厚みは、１ｍｍから８ｍｍの範囲とすることが望ましい。導光部材１００Ａの厚みが１ｍｍに満たないと、導光部材１００の画像取り出し部１０３の形状を形成することが困難となる。他方、導光部材１００Ａの厚みが８ｍｍを超えると、広視野角を得るには有利であるが、部材の重量が大きくなることから、好ましくない。
【００９６】
かかる構成の導光部材１００Ａを用いた虚像表示装置の作用について、図１２及び図１３を参照して説明する。ここで、図１２はライトガイド５０の前面側（正面）から表した図であり、図１３はライトガイド５０の側面側（上方）から表した図である。また、図１２及び図１３では、分かりやすくするために、画像表示素子１０の表示面の隅から射出された１本の光線４００のみを抽出して示している。
【００９７】
図示のように、画像表示素子１０の隅から射出された部分画像の画像光は、コリメート光学系３００を通過してコリメート光とされた状態で、導光部材１００Ａの光線入射部１０１から入射して導光部材１００Ａ内を進行する。導光部材１００Ａの光線入射部１０１から入射した画像光は、導光部材１００Ａ内を全反射することにより、発散光となって導光部材１００Ａ内を進行する。すなわち、光線入射部１０１から入射した部分画像の画像光は、再帰反射部１０６に達するまでは、発散光として導光部材１００内を進行する。
【００９８】
続いて、画像光は、再帰反射部１０６で反射することにより、進行方向すなわち導光する方向が反転する。ここで、画像光は、再帰反射部１０６を構成する第１傾斜面１０６ａ及び第２傾斜面１０６ｂの両面で反射して、平面方向から見た入射光と出射光が平行になるとともに、収束光となって導光部材１００Ａ内を進行する。さらに、画像光は、画像取り出し部１０３の第３面１０３ｃで反射して、収束光として光線射出部１０４から射出され、観察者の目の方向に導かれる。このように、導光部材１００Ａを用いた虚像表示装置によれば、画像光が収束光として射出され、観察者の目に提供されるので、広角でも虚像が欠けずに良好に観察できる虚像表示装置を実現できる。
【００９９】
他方、再帰反射部１０６を設けずに、画像取り出し部１０３で画像を取り出そうとすると、画像取り出し部１０３に当たった光は発散光となり、広視野角の場合に目に光が入らず、虚像が欠けることになる。そのため、導光部材１００Ａでは、図９に示すように再帰反射部１０６を設ける構成としており、かかる構成により、内部を進行する画像光の方向が再帰反射部１０６で反転し収束光となるため、広視野角でも良好な虚像を観察できる。
【０１００】
図１４は、図１２及び図１３に示す構成において、左右の画像表示素子１０（１０Ｌ、１０Ｒ）の全ての表示領域で画像光を表示した場合を説明する図であり、（а）は左目で見たとき、（ｂ）は右目で見たときの虚像の輝度分布の様子を示す。
【０１０１】
右目用のライトガイド５０Ｒおよびコリメート光学系３００Ｒは、左目用のライトガイド５０Ｌおよびコリメート光学系３００Ｌを左右の目の中心に対して１８０度回転させたものであり、図１４（а）及び（ｂ）から分かるように、輝度分布も左右対称になる。
【０１０２】
また、図１４（а）に示すように、左目用の画像表示素子１０Ｌから射出された画像光を左目で見たときの虚像は、その輝度が低い部分は左側に出来、虚像の隙間は右側に出来る。右目で見たときの虚像は、その逆となる。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、右目用の画像表示素子１０Ｒから射出された画像光を右目で見たときの虚像は、その輝度が低い部分は右側に出来、虚像の隙間は左側に出来る。
【０１０３】
かかる２つの画像光を両目で見たときは、これら２つの虚像を重ね合わせた画像になるので、一方の画像の輝度が小さい部分に他方の画像の隙間が重なる。この場合、虚像の輝度によっては隙間が見えることになり、画質の劣化が生じる。
【０１０４】
図１５は、図７に対応する図であり、図１２及び図１３で上述した構成において、画像表示素子１０から射出された画像光が導光部材１００Ａ内で伝播する様子を示す平面図である。図１５も、画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）の表示面の全ての領域、すなわち出力領域１０ｄのみならず非出力領域１０ｎからも画像光を出力する場合を仮定して図示している。図１５中、それぞれの画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）の表示面の横方向すなわち長手方向の中央を区画する基準面１１を、実線で示している。図１５中、左右のそれぞれの導光部材１００Ａ（Ｌ，Ｒ）内で、小さい反射角度で伝播する光線を点線で示し、大きい反射角度で伝播する光線を実線で示している。
【０１０５】
図１５に示すように、左側すなわち左目用の導光部材１００Ａ（Ｌ）に関し、画像表示素子１０Ｌの表示領域の左側から射出される実線で示す光は、右側から射出される点線で示す光よりも、導光部材１００Ａ（Ｌ）内での反射角度が大きくなることが分かる。他方、右側すなわち右目用の導光部材１００Ａ（Ｒ）に関してはその逆になる。すなわち、画像表示素子１０Ｒの表示領域の左側から射出される点線で示す光は、右側から射出される実線で示す光よりも導光部材１００Ａ（Ｒ）内での反射角度が小さくなることが分かる。
【０１０６】
図１６は、図１５における画像表示素子１０（１０Ｌ，１０Ｒ）の基準面１１から点線の光線側、すなわち導光部材１００内で伝播する際の角度が小さくなる側の表示領域の部位のみから画像光を出力したときに視認される虚像の輝度分布を示す。ここで、図１６（ａ）は左目で見たときの虚像の輝度分布のデータを示し、（ｂ）は右目で見たときの虚像の輝度分布のデータを示す。
【０１０７】
図１６（ａ）から分かるように、左目で見たときの虚像分布は、図中の左側部分に表示され、図１４（а）に示した虚像の隙間がある右側部分は表示されていない。また、図１６（ｂ）から分かるように、右目で見たときの虚像の輝度分布は、図中の右側部分に表示され、図１４（ｂ）に示した虚像の隙間がある左側部分は表示されていない。
【０１０８】
図１７は、図１６（ａ）及び（ｂ）の虚像の輝度分布を合成したデータであり、両目で視認される虚像の輝度分布を左側に示し、両目で視認される虚像の輝度分布スケールを右側に示す。図１４と比較して明らかなように、虚像の周辺部に隙間がないことが分かる。そのため、両目で虚像を見たときは、良好な画像を観察することができる。
【０１０９】
上述した実施形態では、左目用の画像表示素子１０Ｌの表示面の右半分および右目用の画像表示素子１０Ｒの表示面の左半分を出力領域１０ｄとし、画像表示素子１０Ｌの表示面の左半分および画像表示素子１０Ｒの表示面の右半分を非出力領域１０ｎとした。すなわち、画像表示素子１０Ｌ及び１０Ｒにおける出力領域１０ｄは、表示領域の中心に対して左右対称の構成である。
【０１１０】
他方、表示領域内における出力領域１０ｄの配置は、これに制限されず、種々の変形があり得る。
【０１１１】
例えば、左右それぞれの虚像を重ね合わせたときに、その境界の隙間が出ないように、画像の一部が重なるように、各画像表示素子１０Ｌ及び１０Ｒの出力領域１０ｄを配置することができる。そして、かかる重なり部分の画像表示素子１０Ｌ及び１０Ｒの出力領域１０ｄの配置を調整することで、左目と右目用の画像を重ねたときの境界の目立たない良好な画像を作ることが出来る。このような構成とすることで、例えば図５に示す虚像ＩＲ及びＩＬの境界部分における隙間を無くすことが可能となる。
【０１１２】
総じて、左目用の画像表示素子１０Ｌから出力される画像光と右目用の画像表示素子１０Ｒから出力される画像光とを合成した場合に、それぞれの画像表示素子１０Ｌ，１０Ｒの表示領域の全域から射出された場合の画像と同等の画像になっていればよい。
【０１１３】
（実施例）
以下、虚像表示装置の具体的な実施例を説明する。本実施例は、図１２等で説明した導光部材１００Ａを用いて製作した虚像表示装置であり、焦点距離が７．５ｍｍのコリメータレンズを使用し、屈折率（Ｎｄ）＝１．５３のプラスチックで導光部材１００Ａを製作し、第３面の角度θｃ＝３１．５度に設定した。また、導光部材１００Ａの寸法を以下の数値に設定して製作した。
・導光部材１００Ａの厚み（肉厚）：最薄部１mm 、最厚部１．９mm
・導光部材１００Ａの長手方向の長さ：４６mm
・導光部材１００Ａの幅：３３mm
また、射出される画像光に関し、アイレリーフ１５mm以上、アイボックス５mm以上の条件を満たすようにライトガイドを製作した。
【０１１４】
かかる実施例では、ライトガイドの水平視野角が５０度以上に確保された。
【０１１５】
以上説明したように、上述した実施形態及び実施例によれば、ライトガイドの広い視野角を確保しつつ、観察される虚像の隙間や輝度ムラを少なくすることができる虚像表示装置および虚像表示方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  虚像表示装置
３００（３００Ｌ，３００Ｒ）  コリメート光学系
４００（４００Ｌ，４００Ｒ）  光源
１０（１０Ｌ，１０Ｒ）  画像表示素子
１０ｄ  出力領域
１０ｎ  非出力領域
５０（５０Ｌ，５０Ｒ）  ライトガイド
１００，１００Ａ  導光部材
１０１，１０１Ａ  光線入射部
１０２  反射部
１０３  画像取り出し部
１０４  光線射出部
１０５，１０５Ａ  全反射面
１０６  再帰反射部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１７】
【特許文献１】特許５６９８２９７号
【特許文献２】特許５４２１２８５号
【特許文献３】特許５７０３８７５号
【特許文献４】特許５７４２２７０号
【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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