(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置と、
前記画像形成装置で生成された画像光を導光する導光装置と、を備え、
前記導光装置は、前記画像光を入射させる入射部と、前記入射部から入射した前記画像光を導光させる導光体と、前記画像光を射出させる光学素子と、を有し、
前記光学素子は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、前記画像光および外界光の一部を反射させ、前記画像光および前記外界光の他の一部を透過させる複数のハーフミラーと、前記複数のハーフミラーを支持する透光性部材と、を備え、
前記透光性部材は、前記画像光および前記外界光を入射させる入射面と、前記画像光および前記外界光を射出させる射出面と、を有し、
前記複数のハーフミラーの各々は、前記入射面および前記射出面に対して傾斜し、かつ、前記射出面とのなす角度が４５°未満であり、
前記ハーフミラーは、傾斜方向において前記射出面に近い側に位置し、反射率が相対的に低い低反射率領域と、前記傾斜方向において前記低反射率領域よりも前記射出面から遠い側に位置し、前記反射率が前記低反射率領域よりも高い高反射率領域と、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
画像形成装置と、
前記画像形成装置で生成された画像光を導光する導光装置と、を備え、
前記導光装置は、前記画像光を入射させる入射部と、前記入射部から入射した前記画像光を導光させる導光体と、前記画像光を射出させる光学素子と、を有し、
前記光学素子は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、前記画像光および外界光の一部を反射させ、前記画像光および前記外界光の他の一部を透過させる第１のハーフミラーおよび第２のハーフミラーと、前記第１のハーフミラーおよび前記第２のハーフミラーを支持する透光性部材と、を備え、
前記透光性部材は、前記画像光および前記外界光を入射させる入射面と、前記画像光および前記外界光を射出させる射出面と、を有し、
前記第１のハーフミラーおよび前記第２のハーフミラーの各々は、前記入射面および前記射出面に対して傾斜し、かつ、前記射出面とのなす角度が４５°以上で９０°未満であり、
前記第１のハーフミラーは、傾斜方向において前記射出面に近い側に位置し、反射率が相対的に高い第１の高反射率領域と、前記傾斜方向において前記高反射率領域よりも前記射出面から遠い側に位置し、前記反射率が前記高反射率領域よりも低い第１の低反射率領域と、を有し、
前記第２のハーフミラーは、傾斜方向において前記射出面に近い側に位置し、前記反射率が相対的に高い第２の高反射率領域と、前記傾斜方向において前記高反射率領域よりも前記射出面から遠い側に位置し、前記反射率が前記高反射率領域よりも低い第２の低反射率領域と、を有し、
第２の低反射領域は、第１の高反射領域よりも前記反射率が低いことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記光学素子は、前記導光体の視認側の面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記導光体は、前記導光体の前記視認側の面と反対側の面に、前記入射部から入射した前記画像光を反射する全反射面を有し、
前記全反射面は、反射により前記画像光を前記透光性部材の前記入射面に導くことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記ハーフミラーが金属膜で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記ハーフミラーが誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、表示装置、および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ウェアラブル情報機器の一つとして、ヘッドマウントディスプレイなどの観察者の頭部に装着して使用する方式の画像表示装置が提供されている。また、観察者が画像表示装置を装着した際に、表示素子により生成された画像と観察者の外界の像の双方を同時に視認できる画像表示装置、いわゆるシースルー型の画像表示装置が知られている。例えば下記の特許文献１には、画像生成装置と、回折格子からなる画像取り出しシステムを含む光ガイド部材と、を備えたシースルー型の表示装置システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５７５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１の表示装置システムにおいて、観察者の眼の位置が装置の設計通りであれば、均一な画像を視認することができる。ところが、画像表示装置からの射出光に対して眼の位置が平行に移動した場合、回折格子のストライプパターンによって縞状の模様が視認されるという課題がある。また、観察者の眼前に回折格子が存在することと同等になり、外界から到達する光が回折し、外界の像がぼけて見えるという課題がある。
【０００５】
本発明の一つの態様は、上記の課題のうちの少なくとも一つを解決するためになされたものである。すなわち、本発明の一つの態様は、縞状の模様が視認されることを低減できる表示装置を提供することを目的の一つとする。もしくは、本発明の一つの態様は、外界の像がぼけて見えることを低減できる表示装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の表示装置に用いて好適な光学素子を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の光学素子の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光学素子は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、画像光および外界光の一部を反射させ、前記画像光および前記外界光の他の一部を透過させる複数のハーフミラーと、前記複数のハーフミラーを支持する透光性部材と、を備え、前記透光性部材は、前記画像光および前記外界光を入射させる入射面と、前記画像光および前記外界光を射出させる射出面と、を有し、前記複数のハーフミラーの各々は、前記入射面および前記射出面に対して傾斜して配置されるとともに、傾斜方向に沿って反射率が異なる複数の領域を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の一つの態様の光学素子において、複数のハーフミラーの各々は傾斜方向に沿って反射率が異なる複数の領域を有しているため、画像光が少なくとも一部のハーフミラーを透過し、他のハーフミラーで反射して射出される際に、複数のハーフミラーの各々から射出される画像光の強度を均一に近付けることができる。これにより、画像光による縞状の模様を低減することができる。また、外界光の一部が一つのハーフミラーを透過する一方、外界光の他の一部が一つのハーフミラーで反射した後、他のハーフミラーで再度反射して射出される際にも複数のハーフミラーの各々から射出される外界光の強度を均一に近付けることができる。これにより、外界の像のボケを低減することができる。
【０００８】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記ハーフミラーと前記射出面とのなす角度が４５°以上で９０°未満であり、前記ハーフミラーは、前記傾斜方向において前記射出面に近い側に位置し、前記反射率が相対的に高い高反射率領域と、前記傾斜方向において前記高反射率領域よりも前記射出面から遠い側に位置し、前記反射率が前記高反射率領域よりも低い低反射率領域と、を有していてもよい。
この構成によれば、ハーフミラーと射出面とのなす角度が４５°以上で９０°未満である場合に、複数のハーフミラーの各々から射出される画像光の強度を均一に近付けることができる。これにより、画像光による縞状の模様を低減することができる。
【０００９】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記ハーフミラーと前記射出面とのなす角度が４５°未満であり、前記ハーフミラーは、前記傾斜方向において前記射出面に近い側に位置し、前記反射率が相対的に低い低反射率領域と、前記傾斜方向において前記低反射率領域よりも前記射出面から遠い側に位置し、前記反射率が前記低反射率領域よりも高い高反射率領域と、を有していてもよい。
この構成によれば、ハーフミラーと射出面とのなす角度が４５°未満である場合に、複数のハーフミラーの各々から射出される外界光の強度を均一に近付けることができる。これにより、外界の像のボケを低減することができる。
【００１０】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記ハーフミラーは金属膜で構成されていてもよい。
この構成によれば、金属膜の膜厚を領域によって異ならせることにより、反射率が異なる複数の領域を形成することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の光学素子において、前記ハーフミラーは誘電体多層膜で構成されていてもよい。
この構成によれば、誘電体多層膜の構成を領域によって異ならせることにより、反射率が異なる複数の領域を形成することができる。
【００１２】
本発明の一つの態様の表示装置は、画像形成装置と、前記画像形成装置で生成された画像光を導光する導光装置と、を備え、前記導光装置は、前記画像光を入射させる入射部と、前記入射部から入射した前記画像光を導光させる導光体と、前記画像光を射出させる射出部と、を備え、前記射出部は、本発明の一つの態様の光学素子を備えていることを特徴とする。
本発明の一つの態様の表示装置は、本発明の一つの態様の光学素子を有する射出部を備えているため、縞状の模様が視認されることを低減できる表示装置を実現することができる。もしくは、外界の像がぼけて見えることを低減できる表示装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記射出部は、前記導光体の視認側の面に設けられていてもよい。
この構成によれば、設計が容易な表示装置を実現することができる。
【００１４】
本発明の一つの態様の光学素子の製造方法は、透光性基板の一面に、マスクを用いて反射率が異なる複数の領域を有するハーフミラーを形成し、前記ハーフミラーが形成された透光性基板からなる要素板を作製する工程と、複数の前記要素板を、前記ハーフミラーを同じ方向に向けて積層し、前記複数の要素板が積層された積層体を作製する工程と、前記積層体を、前記ハーフミラーの各々が切断面に対して傾斜し、前記複数の領域が傾斜方向に沿って配置されるように切断し、光学素子を作製する工程と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、画像光による縞状の模様を低減可能な光学素子を製造することができる。もしくは、外界光による像のボケを低減可能な光学素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の表示装置の平面図である。
【図２】導光装置の裏面図である。
【図３】導光装置における画像光の光路を示す図である。
【図４】第１実施形態の光学素子の拡大図である。
【図５】光学素子の分解斜視図である。
【図６Ａ】ハーフミラーの第１の製造方法を説明するための工程図である。
【図６Ｂ】図６Ａの工程の続きである。
【図６Ｃ】図６Ｂの工程の続きである。
【図７Ａ】ハーフミラーの第２の製造方法を説明するための工程図である。
【図７Ｂ】図７Ａの工程の続きである。
【図８】光学素子の製造方法を説明するための図である。
【図９】第１実施形態の光学素子の作用を説明するための図である。
【図１０】複数のハーフミラーから射出される画像光の相対強度を示す図である。
【図１１】複数のハーフミラーから射出される画像光の相対強度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】第１実施形態の光学素子の他の作用を説明するための図である。
【図１３】２つの領域の反射率を変化させたときの相対強度差のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】第２実施形態の光学素子の拡大図である。
【図１５】第２実施形態の光学素子の作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１３を用いて説明する。
第１実施形態の表示装置は、例えばヘッドマウントディスプレイとして用いられるものである。
図１は、第１実施形態の表示装置の平面図である。図２は、導光装置の裏面図である。図３は、導光装置における画像光の光路を示す図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１７】
（導光装置および表示装置の全体構成）
図１に示すように、表示装置１００は、画像形成装置１０と、導光装置２０と、を備える。図１は、図２に示す導光装置２０のＡ−Ａ断面と対応する。
表示装置１００は、観察者に虚像としての画像を視認させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させる。表示装置１００において、画像形成装置１０と導光装置２０とは、観察者の右眼と左眼とに対応して一組ずつ設けられるが、右眼用と左眼用とは左右対称であるため、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する。なお、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。
【００１８】
画像形成装置１０は、液晶パネル１１と、投射レンズ１２と、を備える。液晶パネル１１は、光源１４からの照明光を空間的に変調し、動画像その他の表示対象となるべき画像光ＧＬを形成する。投射レンズ１２は、液晶パネル１１上の各点から射出された画像光ＧＬを略平行光線にするコリメートレンズである。投射レンズ１２は、ガラスまたはプラスチックで形成され、１枚に限らず、複数枚で構成されていてもよい。投射レンズ１２としては、球面レンズに限らず、非球面レンズ、自由曲面レンズ等が用いられてもよい。
【００１９】
導光装置２０は、平板状の光透過部材を有する。導光装置２０は、画像形成装置１０で形成された画像光ＧＬを虚像光として観察者の眼ＥＹに向けて射出する一方、外界像を構成する外界光ＥＬを透過させる。導光装置２０は、画像光を取り込む入射部２１と、主に画像光を導光させる平行導光体２２と、画像光ＧＬおよび外界光ＥＬを取り出すための射出部２３と、を備える。平行導光体２２と入射部２１とは、高い光透過性を有する樹脂材料により一体成形されている。第１実施形態の場合、導光装置２０を伝播させる画像光ＧＬの光路は、同一回数反射される１種類の光路からなり、複数種類の光路が合成されるものではない。
【００２０】
平行導光体２２は、観察者の眼ＥＹを基準とする光軸ＡＸに対して傾いて配置されている。平行導光体２２の平面２２ａの法線方向Ｚは、光軸ＡＸに対して角度κだけ傾いている。これにより、平行導光体２２を顔の前面に沿って配置でき、平行導光体２２の平面２２ａの法線は、光軸ＡＸに対して傾きを有する。このように、平行導光体２２の平面２２ａの法線を光軸ＡＸに平行なｘ方向に対して角度κだけ傾ける場合、光学素子３０から射出させる光軸ＡＸ上およびその近傍の画像光ＧＬ０は、光射出面ＯＳの法線に対して角度κをなす。
【００２１】
入射部２１は、画像形成装置１０からの画像光ＧＬを入射部２１内に取り込む光入射面ＩＳと、取り込んだ画像光ＧＬを反射して平行導光体２２内に導く反射面ＲＳと、を有する。光入射面ＩＳは、投射レンズ１２側に凹の曲面２１ｂから形成されている。曲面２１ｂは、反射面ＲＳで反射された画像光ＧＬを内面側で全反射する機能も有する。
【００２２】
反射面ＲＳは、投射レンズ１２側に凹の曲面２１ａから形成されている。反射面ＲＳは、曲面２１ａ上に蒸着法等により成膜されたアルミニウム膜等の金属膜から構成されている。反射面ＲＳは、光入射面ＩＳから入射した画像光ＧＬを反射して光路を折り曲げる。曲面２１ｂは、反射面ＲＳで反射された画像光ＧＬを内側で全反射して光路を折り曲げる。このように、入射部２１は、光入射面ＩＳから入射した画像光ＧＬを２回反射させ、光路を折り曲げることにより、画像光ＧＬを平行導光体２２の内部に確実に導く。
【００２３】
平行導光体２２は、ｙ軸に対して平行、かつｚ軸に対して傾斜した平板状の導光部材であり、導光体とも称される。平行導光体（導光体）２２は、光透過性の樹脂材料等により形成され、互いに略平行な一対の平面２２ａ，２２ｂを有する。平面２２ａ，２２ｂは、平行平面であるため、外界像の拡大やフォーカスズレを生じさせることがない。平面２２ａは、入射部２１からの画像光を全反射させる全反射面として機能し、画像光ＧＬを少ない損失で射出部２３に導く役割を有する。平面２２ａは、平行導光体２２の外界側に配置されて第１の全反射面として機能し、本明細書中では外界側面とも称する。
【００２４】
平面２２ｂは、本明細書中では観察者側面とも称する。平面（観察者側面）２２ｂは、射出部２３の一端まで延びている。ここで、平面２２ｂは、平行導光体２２と射出部２３との境界面ＩＦである（図３参照）。
【００２５】
平行導光体２２において、入射部２１の反射面ＲＳもしくは光入射面ＩＳで反射された画像光ＧＬは、全反射面である平面２２ａに入射し、平面２２ａで全反射され、導光装置２０の奥側、すなわち射出部２３が設けられた＋ｘ側もしくはＸ側に導かれる。図２に示すように、平行導光体２２は、導光装置２０の外形のうち、＋ｘ側の端面として終端面ＥＳを有する。また、平行導光体２２は、±ｙ側の端面として上端面ＴＰおよび下端面ＢＰを有する。
【００２６】
図３に示すように、射出部２３は、平行導光体２２の奥側（＋ｘ側）において、平面２２ｂもしくは境界面ＩＦに沿って板状に構成されている。射出部２３は、平行導光体２２の外界側の平面（全反射面）２２ａの領域ＦＲで全反射された画像光ＧＬを通過させる際に、入射した画像光ＧＬを所定の角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。ここでは、射出部２３にこれを透過することなく最初に入射する画像光ＧＬが虚像光としての取出し対象である。つまり、射出部２３において光射出面ＯＳの内面で反射される光があっても、これは画像光として利用されない。
【００２７】
射出部２３は、透過性を有する複数のハーフミラーを配列してなる光学素子３０を有する。光学素子３０の構造については、図４等を参照して後に詳述する。光学素子３０は、平行導光体２２の観察者側の平面２２ｂに沿って形成されている。
【００２８】
導光装置２０が以上のような構造を有することから、画像形成装置１０から射出され、光入射面ＩＳから導光装置２０に入射した画像光ＧＬは、入射部２１で複数回の反射によって折り曲げられ、平行導光体２２の平面２２ａの領域ＦＲにおいて全反射されて光軸ＡＸに略沿って進む。＋ｚ側の平面２２ａの領域ＦＲで反射された画像光ＧＬは、射出部２３に入射する。
【００２９】
この際、ｘｙ面内において、領域ＦＲの長手方向の幅は、射出部２３の長手方向の幅よりも狭い。つまり、画像光ＧＬの光線束が射出部２３（または光学素子３０）に入射する入射幅は、画像光ＧＬの光線束が領域ＦＲに入射する入射幅よりも広い。このように、画像光ＧＬの光線束が領域ＦＲに入射する入射幅を相対的に狭くすることにより、光路の干渉が生じにくくなり、境界面ＩＦを導光に利用することなく、すなわち、境界面ＩＦで画像光ＧＬを反射させず、領域ＦＲからの画像光ＧＬを射出部２３（もしくは光学素子３０）に直接入射させることが容易になる。
【００３０】
射出部２３に入射した画像光ＧＬは、射出部２３において適度な角度で折り曲げられることで取出し可能な状態となり、最終的に光射出面ＯＳから射出される。光射出面ＯＳから射出された画像光ＧＬは、虚像光として観察者の眼ＥＹに入射する。当該虚像光が観察者の網膜において結像することで、観察者は虚像による画像光ＧＬを認識することができる。
【００３１】
ここで、像形成に用いられる画像光ＧＬが射出部２３に入射する角度は、光源側の入射部２１から離れるに従って大きくなっている。すなわち、射出部２３の奥側には、外界側の平面２２ａに平行なＺ方向、または光軸ＡＸに対して傾きの大きな画像光ＧＬが入射して比較的大きな角度で折り曲げられ、射出部２３の前側には、Ｚ方向、または光軸ＡＸに対して傾きの小さな画像光ＧＬが入射して比較的小さな角度で折り曲げられる。
【００３２】
（画像光の光路）
以下、画像光の光路について詳しく説明する。
図３に示すように、液晶パネル１１の射出面１１ａ上からそれぞれ射出される画像光のうち、破線で示す射出面１１ａの中央部分から射出される成分を画像光ＧＬ０とし、１点鎖線で示す射出面１１ａの周辺のうち、紙面左側（−ｘおよび＋ｚ側）から射出される成分を画像光ＧＬ１とし、２点鎖線で示す射出面１１ａの周辺のうち、紙面右側（＋ｘおよび−ｚ側）から射出される成分を画像光ＧＬ２とする。これらのうち、画像光ＧＬ０の光路は光軸ＡＸに沿って延びるものとする。
【００３３】
投射レンズ１２を経た画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２の主要成分は、導光装置２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、入射部２１を経て平行導光体２２内を通過して射出部２３に至る。
具体的には、画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２のうち、射出面１１ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ０は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、標準反射角θ０で一方の平面２２ａの領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（もしくは光学素子３０）との境界面ＩＦで反射されずに境界面ＩＦを通過し、射出部２３の中央の部分２３ｋに直接的に入射する。画像光ＧＬ０は、部分２３ｋにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから光射出面ＯＳを含むＸＹ面に対して傾いた光軸ＡＸ方向（Ｚ方向に対して角度κの方向）に平行光束として射出される。
【００３４】
射出面１１ａの一端側（−ｘ側）から射出された画像光ＧＬ１は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、最大反射角θ１で平面２２ａの領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（もしくは光学素子３０）との境界面ＩＦで反射されずに境界面ＩＦを通過し、射出部２３のうち、奥側（＋ｘ側）の部分２３ｈにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角γ１は、入射部２１側に戻される角度が相対的に大きくなっている。
【００３５】
一方、射出面１１ａの他端側（＋ｘ側）から射出された画像光ＧＬ２は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、最小反射角θ２で平面２２ａの領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（もしくは光学素子３０）との境界面ＩＦで反射されずに境界面ＩＦを通過し、射出部２３のうち、入口側（−ｘ側）の部分２３ｍにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角γ２は、入射部２１側に戻される角度が相対的に小さくなっている。
【００３６】
なお、画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、画像光ＧＬの光線全体の一部を代表して説明したものであるが、他の画像光ＧＬを構成する光線成分についても画像光ＧＬ０等と同様に導かれ、光射出面ＯＳから射出される。そのため、これらについては図示および説明を省略する。
【００３７】
ここで、入射部２１および平行導光体２２に用いられる透明樹脂材料の屈折率ｎの値の一例として、ｎ＝１．４とすると、臨界角θｃの値はθｃ≒４５．６°となる。画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２の反射角θ０，θ１，θ２のうち、最小である反射角θ２を臨界角θｃよりも大きな値とすることにより、必要な画像光について全反射条件を満たすものにできる。
【００３８】
中央向けの画像光ＧＬ０は、仰角φ０（＝９０°−θ０）で射出部２３の部分２３ｋに入射する。周辺向けの画像光ＧＬ１は、仰角φ１（＝９０°−θ１）で射出部２３の部分２３ｈに入射する。周辺向けの画像光ＧＬ２は、仰角φ２（＝９０°−θ２）で射出部２３の部分２３ｍに入射する。ここで、仰角φ０，φ１，φ２間には、反射角θ０，θ１，θ２の大小関係を反映して、φ２＞φ０＞φ１の関係が成り立っている。すなわち、光学素子３０のハーフミラー３１への入射角ι（図４参照）は、仰角φ２に対応する部分２３ｍ、仰角φ０に対応する部分２３ｋ、仰角φ１に対応する部分２３ｈの順で徐々に小さくなる。換言すれば、ハーフミラー３１への入射角ιもしくはハーフミラー３１での反射角は、入射部２１から離れるに従って小さくなる。
【００３９】
平行導光体２２の外界側の平面２２ａで反射されて射出部２３に向かう画像光ＧＬの光線束の全体的な挙動について説明する。
図３に示すように、画像光ＧＬの光線束は、光軸ＡＸを含む断面において、平行導光体２２の外界側の領域ＦＲで反射される前後の直進光路Ｐ１，Ｐ２のいずれかで幅が絞られる。具体的には、画像光ＧＬの光線束は、光軸ＡＸを含む断面において、領域ＦＲ近辺、つまり直進光路Ｐ１，Ｐ２の境界付近で直進光路Ｐ１，Ｐ２に跨るような位置で全体として幅が絞られてビーム幅が細くなっている。これにより、画像光ＧＬの光線束を射出部２３の手前で絞ることになり、横方向の視野角を比較的広くすることが容易になる。
なお、図示の例では、画像光ＧＬの光線束が直進光路Ｐ１，Ｐ２に跨るような位置で幅が絞られてビーム幅が細くなっているが、直進光路Ｐ１，Ｐ２のいずれか片側のみで幅が絞られてビーム幅が細くなってもよい。
【００４０】
（光学素子の構成）
以下、図３〜図５を参照して、射出部２３を構成する光学素子３０の構成について説明する。
射出部２３は、平行導光体２２の視認側の面に設けられた光学素子３０で構成されている。したがって、射出部２３は、平行導光体２２と同様に、光軸ＡＸに対して角度κだけ傾いたＸＹ平面に沿って設けられている。光学素子３０は、複数のハーフミラー３１と、複数の透光性部材３２と、を備える。光学素子３０は、複数の透光性部材３２が、隣り合う２つの透光性部材３２の間にそれぞれハーフミラー３１を挟持した構成を有する。換言すると、光学素子３０は、ハーフミラー３１と透光性部材３２とが交互に配置された構成を有する。
【００４１】
図５は、光学素子３０を、一対の透光性部材３２とハーフミラー３１の組毎に分解した状態で示す斜視図である。
図５に示すように、透光性部材３２は、長手方向に垂直な断面形状が平行四辺形の柱状の部材である。したがって、透光性部材３２は、長手方向に平行に延び、互いに平行な一対の平面を２組有している。これら２組の一対の平面のうち、一方の組の一方の平面が画像光ＧＬおよび外界光ＥＬを入射させる入射面３２ａであり、一方の組の他方の平面が画像光ＧＬおよび外界光ＥＬを射出させる射出面３２ｂである。また、他方の組の一方の平面に、膜厚が異なる領域３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有するハーフミラー３１が設けられている。透光性部材３２は、例えばガラス、透明樹脂等により構成されている。
【００４２】
複数の透光性部材３２は、全て同じ形状、同じ寸法に構成されている。そのため、一対の透光性部材３２とハーフミラー３１からなる組を複数貼り合わせると、複数のハーフミラー３１は、互いに平行に配置された形態となる。図４および図５では図示を省略するが、ハーフミラー３１の一方の面と隣り合う透光性部材３２との間には、接着材層が設けられている。これにより、光学素子３０は、全体として矩形板状の部材となる。透光性部材３２の入射面３２ａもしくは射出面３２ｂの法線方向から光学素子３０を見ると、細い帯状の複数のハーフミラー３１がストライプ状に並べられた構造となる。すなわち、光学素子３０は、矩形状のハーフミラー３１が平行導光体２２の延びる方向、すなわちＸ方向に所定の間隔（ピッチＰＴ）をおいて複数配列された構成を有する。
【００４３】
なお、図４に示すように、ハーフミラー３１の一方の面は平坦な面であり、他方の面は膜厚差分の段差を有する面であるから、厳密に言えば、隣り合うハーフミラー３１同士は互いに平行であるとは言いにくい。しかしながら、本発明では、ハーフミラーの少なくとも一方の面が平行であるとき、複数のハーフミラーが互いに平行であるとみなす。ハーフミラーは薄膜で構成され、膜厚差分も僅かであるため、膜厚差分を無視すれば、複数のハーフミラーが互いに平行であると言って差し支えない。
【００４４】
ハーフミラー３１は、透光性部材３２間に挟まれた反射膜で構成されている。反射膜として、例えばアルミニウム等の反射率が高い金属膜が用いられる。反射膜の厚さは十分に薄いため、ハーフミラー３１は、光学素子３０に入射した画像光ＧＬおよび外界光ＥＬの一部を反射させ、画像光ＧＬおよび外界光ＥＬの他の一部を透過させる。なお、反射膜として、屈折率が異なる誘電体薄膜が交互に複数層積層された誘電体多層膜が用いられてもよい。
【００４５】
ハーフミラー３１は、ハーフミラー３１の短辺が透光性部材の入射面３２ａおよび射出面３２ｂに対して傾斜して設けられている。より具体的には、ハーフミラー３１は、平行導光体２２の外界側に向かって反射面３１ｒが入射部２１側を向くように傾斜している。換言すると、ハーフミラー３１は、ハーフミラー３１の長辺（Ｙ方向）を軸として、平面２２ａ，２２ｂに直交するＹＺ面を基準として上端（＋Ｚ側）が反時計周りに回転する方向に傾斜している。
【００４６】
以下、ハーフミラー３１の反射面３１ｒと透光性部材３２の射出面３２ｂとのなす角度をハーフミラー３１の傾斜角度δと定義する。本実施形態において、ハーフミラー３１の傾斜角度δは、４５°以上、９０°未満である。本実施形態では、透光性部材３２の屈折率と平行導光体２２の屈折率とは等しいが、これらの屈折率は異なっていてもよい。屈折率が異なる場合、屈折率が等しい場合に対してハーフミラー３１の傾斜角度δを変更する必要がある。
【００４７】
ハーフミラー３１は、傾斜方向に沿って反射率が異なる複数の領域３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有する。図４の例では、反射膜として金属膜を用いており、ハーフミラー３１は、傾斜方向に沿って膜厚が異なる複数の領域を有する金属膜で構成される。各領域３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおける金属膜の膜厚は、例えば１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍである。この例では、ハーフミラー３１は、反射率が異なる３つの領域３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有するが、領域の数は３に限ることなく、領域の数は２以上であればよい。また、ハーフミラーは、反射率が段階的に異なる領域を有するのではなく、反射率が連続的に異なっていてもよい。反射率が連続的に異なる場合も、ハーフミラーは膜厚が異なる複数の領域を有する、という概念に含まれる。
【００４８】
上述したように、反射膜として金属膜を用いた場合、領域によって膜厚を異ならせることにより、反射率を異ならせることが可能である。また、反射膜として誘電体多層膜を用いた場合には、領域によって誘電体多層膜の１層分の膜厚、積層数、誘電体材料のいずれかを異ならせることにより、反射率を異ならせることが可能である。
【００４９】
本実施形態のように、ハーフミラー３１の傾斜角度δが４５°以上で９０°未満である場合、傾斜方向において射出面３２ｂに近い側に、反射率が相対的に高い高反射率領域３１Ａが設けられている。また、傾斜方向において高反射率領域３１Ａよりも射出面３２ｂから遠い側に、高反射率領域３１Ａの反射率よりも低い反射率を有する低反射率領域３１Ｃが設けられている。また、高反射率領域３１Ａと低反射率領域３１Ｃとの間に、高反射率領域３１Ａの屈折率と低反射率領域３１Ｃの屈折率との間の屈折率を有する中間反射率領域３１Ｂが設けられている。すなわち、入射面３２ａから射出面３２ｂに向けて、低反射率領域３１Ｃ、中間反射率領域３１Ｂ、高反射率領域３１Ｃがこの順に設けられている。
【００５０】
なお、光学素子３０におけるハーフミラー３１のピッチＰＴは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度に設定される。また、図４に示すように、光学素子３０においては、ハーフミラー３１のピッチが若干広めに設定され、外界光ＥＬの一部がハーフミラー３１に入射することなく、光学素子３０を透過する。この場合、ハーフミラー３１のピッチを適宜調整することにより、外界光ＥＬが光学素子３０を直接的に透過することを回避できる。
【００５１】
ハーフミラー３１のピッチＰＴは、厳密には等間隔でなく、可変ピッチで配置されている。より具体的には、光学素子３０におけるハーフミラー３１のピッチＰＴは、基準間隔を中心としてランダムに増減するランダムピッチとなっている。このように、光学素子３０におけるハーフミラー３１をランダムピッチで配置することにより、回折ムラやモアレの発生を抑制することができる。なお、ランダムピッチに限らず、例えば複数段階で増減するピッチを含む所定のピッチパターンを繰り返すものであってもよい。
【００５２】
ここで、光学素子３０の厚み、即ちハーフミラー３１のＺ軸方向の厚みＴＩは、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ程度に設定される。なお、光学素子３０を支持する平行導光体２２の厚みは、例えば数ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは４ｍｍ〜６ｍｍ程度となっている。平行導光体２２の厚みが光学素子３０の厚みに比較して十分大きいと、光学素子３０または境界面ＩＦへの画像光ＧＬの入射角を小さくしやすく、画像光ＧＬが眼ＥＹに取り込まれない位置にあるハーフミラー３１での反射を抑えやすい。一方、平行導光体２２の厚みを比較的薄くすると、平行導光体２２や導光装置２０の軽量化を図りやすくなる。
【００５３】
（光学素子の製造方法）
以下、図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ〜図７Ｂ、図８を参照して、光学素子３０の製造方法の一例について説明する。
光学素子３０の製造方法は、要素板作製工程と、積層体作製工程と、個片化（光学素子作製）工程と、を有する。要素板作製工程は、透光性基板の一面に、マスクを用いて反射率が異なる複数の領域を有するハーフミラーを形成し、ハーフミラーが形成された透光性基板からなる要素板を作製する工程である。積層体作製工程は、複数の要素板を、ハーフミラーを同じ方向に向けて積層し、複数の要素板が積層された積層体を作製する工程である。個片化（光学素子作製）工程は、積層体を、ハーフミラーの各々が切断面に対して傾斜し、ハーフミラーの反射率が異なる複数の領域が傾斜方向に沿って配置されるように切断し、個片化した光学素子を作製する工程である。
【００５４】
最初に、第１成膜工程として、図６Ａに示すように、ガラス板等の透光性基板５１を準備し、マスク５２を用いた蒸着法、スパッタ法等により、透光性基板５１の一面に例えばアルミニウム等の金属膜５３ａを例えば１０ｎｍの膜厚で成膜する。
【００５５】
次に、第２成膜工程として、図６Ｂに示すように、第１成膜工程で金属膜５３ａを成膜した領域からマスク５２を遠ざける方向（図における左方向）に移動させ、透光性基板５１の一面に同一材料の金属膜５３ｂを成膜する。このとき、この工程で新たに露出した透光性基板５１の一面に金属膜５３ｂが成膜されるとともに、第１成膜工程で既に成膜された金属膜５３ａの上にはさらに金属膜５３ｂが積層される。そのため、２段階の膜厚を有する金属膜が形成される。膜厚の差は例えば１０ｎｍ程度とする。
【００５６】
次に、第３成膜工程として、図６Ｃに示すように、第２成膜工程で金属膜５３ｂを成膜した領域からマスク５２を遠ざける方向（図における左方向）に移動させ、透光性基板５１の一面に同一材料の金属膜５３ｃを成膜する。このとき、この工程で新たに露出した透光性基板５１の一面に金属膜５３ｃが成膜され、第２成膜工程で成膜された金属膜５３ｂの上にさらに金属膜５３ｃが積層され、第１成膜工程および第２成膜工程で既に成膜された金属膜５３ａ，５３ｂの上にはさらに金属膜５３ｃが積層される。これにより、３段階の膜厚、すなわち３種類の反射率を有する金属膜５３が透光性基板５１上に形成された要素板９０が作製される。膜厚の差は例えば１０ｎｍ程度とする。
【００５７】
また、反射膜として誘電体多層膜を用いる場合には、以下の方法を採用してもよい。
最初に、第１成膜工程として、図７Ａに示すように、ガラス板等の透光性基板５１を準備し、マスク５２を用いた蒸着法、スパッタ法等により、透光性基板５１の一面に誘電体多層膜５４ａを成膜する。
【００５８】
次に、第２成膜工程として、図７Ｂに示すように、第１成膜工程で誘電体多層膜５４ａを成膜した領域にマスク５２を移動させ、第１成膜工程で誘電体多層膜５４ａを成膜しなかった領域に、第１成膜工程とは異なる誘電体多層膜５４ｂを成膜する。このとき、誘電体多層膜５４ａ，５４ｂの１層分の膜厚、積層数、誘電体材料のいずれかを異ならせればよい。これにより、反射率が異なる領域を有する誘電体多層膜５４が透光性基板５１上に形成された要素板９０Ａが作製される。
【００５９】
次に、図８に示すように、複数の要素板９０を接着剤で貼り合わせ、積層体９２を作製する。その後、要素板９０の一面に対して傾斜した切断線Ｃ１、Ｃ２に沿って、積層体９２を斜めに切断する。これにより、積層体９２が個片化され、細長いプリズム状の透光性部材３２の間にハーフミラー３１が挟持された構造の光学素子３０が完成する。
【００６０】
さらに光学素子３０を平行導光体２２に取り付ける際には、図３に示すように、光学素子３０を、平行導光体２２の視認側の平面２２ｂの所定の位置に接着剤を介して貼り付けた後、接着剤を硬化させて固定する。
【００６１】
（光学素子の作用）
図３、図４等に示すように、複数のハーフミラー３１は、例えば４８°〜７０°程度の傾斜角度δを有し、具体的には、例えば６０°の傾斜角度δを有している。ここで、画像光ＧＬ０の仰角φ０が例えば３０°に設定され、画像光ＧＬ１の仰角φ１が例えば２２°に設定され、画像光ＧＬ２の仰角φ２が例えば３８°に設定されているものとする。この場合、画像光ＧＬ１と画像光ＧＬ２とは、光軸ＡＸを基準として角度γ１＝γ２≒１２．５°をもって観察者の眼ＥＹに入射する。
【００６２】
これにより、上記画像光ＧＬのうち全反射角度の比較的大きい成分（画像光ＧＬ１）を光学素子３０のうち−ｘ側の部分２３ｈ側に主に入射させ、全反射角度の比較的小さい成分（画像光ＧＬ２）を射出部２３のうち＋ｘ側の部分２３ｍ側に主に入射させた場合において、画像光ＧＬを全体として観察者の眼ＥＹに集めるような角度で効率的に取り出すことができる。光学素子３０はこのような角度の関係で画像光ＧＬを取り出す構成であるため、導光装置２０は、画像光ＧＬを光学素子３０において原則として複数回経由させず、１回だけ経由させることができる。そのため、光学素子３０は、画像光ＧＬを少ない損失で虚像光として取り出すことができる。
【００６３】
なお、光学素子３０の中央側や奥側の部分２３ｋ，２３ｈ等において、画像光ＧＬのごく一部は、ハーフミラー３１を複数回経由（具体的には、１回の反射と１回以上の透過を含む通過）している。この場合、ハーフミラー３１の経由回数が複数になるが、複数のハーフミラー３１からの反射光が、画像光ＧＬとして観察者の眼ＥＹにそれぞれ入射するため、光量の損失はあまり大きくはならない。
【００６４】
また、光学素子３０の中央側や奥側の部分２３ｋ，２３ｈ等において、画像光ＧＬのうち、平行導光体２２の裏側または観察者側（つまり、光射出面ＯＳ、境界面ＩＦ等）で反射される成分も発生する可能性がある。しかしながら、このような画像光ＧＬは、ハーフミラー３１で反射される非利用光ＧＸ（図４参照）として光路外に導かれるようになっており、観察者の眼ＥＹに入射することが回避される。なお、ハーフミラー３１を通過する非利用光は、外界側の平面２２ａに再度入射するおそれがある。ところが、ここで全反射された場合、多くは光学素子３０の奥側の部分２３ｈ、またはさらに奧側の有効領域外に入射させることができ、眼ＥＹに入射するおそれが低減される。
【００６５】
（本実施形態の効果：画像光に対する効果）
以下、本実施形態の光学素子の特有の効果について説明する。
図９は、画像光ＧＬに対する光学素子３０の作用を説明するためのモデルを示す図である。ここでは、説明をわかりやすくするため、反射率が異なる２つの領域を有するハーフミラー３１１〜３１４を想定する。ハーフミラー３１１〜３１４の傾斜角度δは４５°以上、９０°未満である。
ハーフミラー３１１〜３１４の反射率が異なる２つの領域のうち、射出面３２ｂから遠い側の第１領域（低反射率領域）の反射率をｐとする。射出面３２ｂに近い側の第２領域（高反射率領域）の反射率をｑとする。
【００６６】
光学素子３０の入射面３２ａに対して仰角φ０で入射する画像光ＧＬを考える。
画像光ＧＬは、入射面３２ａから入射した後、光学素子３０の内部を伝播し、第１のハーフミラー３１１、第２のハーフミラー３１２、第３のハーフミラー３１３、第４のハーフミラー３１４の順に到達する。第１のハーフミラー３１１に入射した光のうち、一部の光は、第１のハーフミラー３１１の第１領域３１１Ａで反射して光路を曲げた後、射出面３２ｂから射出されるとともに、残りの光は、第２のハーフミラー３１２に向けて進む。
【００６７】
また、第１のハーフミラー３１１を透過した光のうち、一部の光は、第２のハーフミラー３１２の第１領域３１２Ａで反射して光路を曲げた後、射出面３２ｂから射出されるとともに、残りの光は、第３のハーフミラー３１３に向けて進む。また、第２のハーフミラー３１２を透過した光のうち、一部の光は、第３のハーフミラー３１３の第２領域３１３Ｂで反射して光路を曲げた後、射出面３２ｂから射出されるとともに、残りの光は、第４のハーフミラー３１４に向けて進む。また、第３のハーフミラー３１３を透過した光のうち、一部の光は、第４のハーフミラー３１４の第２領域３１４Ｂで反射して光路を曲げた後、射出面３２ｂから射出される。
【００６８】
ここで、第１のハーフミラー３１１から射出される光ＧＬＡの相対強度をＩＡとし、第２のハーフミラー３１２から射出される光ＧＬＢの相対強度をＩＢとし、第３のハーフミラー３１３から射出される光ＧＬＣの相対強度をＩＣとし、第４のハーフミラー３１４から射出される光ＧＬＤの相対強度をＩＤとする。なお、光学素子３０に入射する画像光ＧＬの強度を１としたときの各射出光ＧＬＡ、ＧＬＢ、ＧＬＣ、ＧＬＤの強度を相対強度と定義する。
【００６９】
相対強度ＩＡ〜ＩＤは、それぞれ以下の（１）〜（４）式で表される。
相対強度ＩＡ：ＩＡ＝ｐ  …（１）
相対強度ＩＢ：ＩＢ＝（１−ｐ）×ｐ  …（２）
相対強度ＩＣ：ＩＣ＝（１−ｐ）×（１−ｐ）×ｑ  …（３）
相対強度ＩＤ：ＩＤ＝（１−ｐ）×（１−ｐ）×（１−ｑ）×ｑ  …（４）
【００７０】
実施例の一例として、反射率ｐ、反射率ｑがそれぞれ、ｐ＝０．２２、ｑ＝０．２８のハーフミラーを想定する。また、比較例として、ｐ＝ｑ＝０．２５のハーフミラーを想定する。すなわち、比較例は、反射率が一様なハーフミラーである。これらの反射率の値を（１）〜（４）式に代入して、各射出光の相対強度ＩＡ〜ＩＤを算出した。その結果を図１０に示す。
【００７１】
図１０において、符号○で示す点は、実施例における各射出光の相対強度ＩＡ〜ＩＤである。符号×で示す点は、比較例における各射出光の相対強度ＩＡ〜ＩＤである。図１０に示すように、比較例の場合、相対強度ＩＡ〜ＩＤの最大値と最小値との差が約０．１４であるのに対し、実施例の場合、相対強度ＩＡ〜ＩＤの最大値と最小値との差が約０．１０であった。このように、射出面（観察者）から遠い側の領域の反射率を相対的に小さく、射出面に近い側の領域の反射率を相対的に大きくすると、反射率が一様な場合に比べて、相対強度ＩＡ〜ＩＤの差を低減できることがわかった。
【００７２】
ここでは説明を簡単にするため、反射率が異なる２つの領域を有するハーフミラー３１１〜３１４の例を挙げたが、反射率が異なる領域の数が３つ以上であった場合であっても同様の結果が得られる。本実施形態のように、反射率が異なる２つ以上の領域を有するハーフミラー３１を備えた光学素子３０を用いることにより、眼の位置が移動しても、縞状の模様が視認されにくい表示装置１００を実現することができる。
【００７３】
なお、反射率が一様であっても、反射率の値を全体的に小さくすれば、相対強度の差は小さくなる。しかしながら、その場合には相対強度の総和が小さくなるため、画像光ＧＬの利用効率が低下し、画像が暗くなるという欠点がある。例えば上記の例でｐ＝ｑ＝０．２０とした場合、相対強度ＩＡ〜ＩＤの最大値と最小値との差は実施例とほぼ同等となるが、相対強度ＩＡ〜ＩＤの総和は約０．５９となる。一方、実施例の場合、相対強度ＩＡ〜ＩＤの総和は約０．６８である。したがって、明るい画像を得るためには実施例のハーフミラーを用いることが好ましい。
【００７４】
さらに、光学素子３０の全体に対して詳細なシミュレーションを行った結果を図１１に示す。図１１の横軸は光学素子の位置（ｍｍ）を示し、図１１の縦軸は相対強度（ａ．ｕ．）を示す。光学素子３０の位置は、長手方向の中心を０（ｍｍ）とし、入射部に近い側の端部の位置を−９（ｍｍ）とし、入射部とは反対側の端部の位置を＋９（ｍｍ）とする。
【００７５】
図１１において、符号Ａで示す実線のグラフは実施例における相対強度の分布を示し、符号Ｂで示す破線のグラフは比較例における相対強度の分布を示す。
図１１に示すように、反射率が異なる領域を設けた実施例の場合、反射率が一様な比較例に比べて、相対強度の高低の差が小さくなっていることがわかった。光学素子３０のうち、特に入射部２１に近い側における効果が顕著であった。
【００７６】
（本実施形態の効果：外界光に対する効果）
図１２は、外界光ＥＬに対する光学素子３０の作用を説明するためのモデルを示す図である。ここでは、説明をわかりやすくするため、反射率が異なる２つの領域を有するハーフミラー３１１，３１２を想定する。ハーフミラー３１１，３１２の傾斜角度δは４５°以上、９０°未満である。
ハーフミラー３１１，３１２の反射率が異なる２つの領域のうち、射出面から遠い側の第１領域の反射率をｐとし、射出面に近い側の第２領域の反射率をｑとする。
【００７７】
外界光ＥＬは、画像光ＧＬとは異なり、光学素子３０の入射面３２ａに対して垂直に近い角度で入射する。また、観察者の瞳に入射する光として、第１のハーフミラー３１１を透過する光ＥＬ１、第１のハーフミラー３１１で１回反射した光ＥＬ１２、の２本の光線を考える。
光ＥＬ１のうち、一部の光は、入射面３２ａから入射した後、第１のハーフミラー３１１に入射する。第１のハーフミラー３１１に入射した光のうち、一部の光ＥＬａは、第１のハーフミラー３１１の第１領域３１１Ａを透過して射出面３２ｂから射出される。他の光は、第１のハーフミラー３１１の第１領域３１１Ａで反射して第２のハーフミラー３１２の第２領域３１２Ｂに向かって進む。
【００７８】
第１のハーフミラー３１１の第１領域３１１Ａで反射した光ＥＬ１２は、第２のハーフミラー３１２の第２領域３１２Ｂで反射する。また、第２のハーフミラー３１２の反射位置には、第２のハーフミラー３１２に直接入射した光ＥＬ２も到達する。そのため、第２のハーフミラー３１２の反射位置からは、第１のハーフミラー３１１の第１領域３１１Ａで反射し、さらに第２のハーフミラー３１２の第２領域３１２Ｂで反射した光ＥＬ１２、および第２のハーフミラー３１２の第２領域３１２Ｂに直接入射して透過した光ＥＬ２の双方が射出される。観察者は、これらの光ＥＬ１２，ＥＬ２が合成された光ＥＬｂを見ることになる。
【００７９】
ここで、第１のハーフミラー３１１から射出された光ＥＬａの相対強度をＩａとし、第２のハーフミラー３１２から射出された光ＥＬｂの相対強度をＩｂとする。
相対強度Ｉａ、Ｉｂは、それぞれ以下の（５）、（６）式で表される。
相対強度Ｉａ：Ｉａ＝１−ｐ  …（５）
相対強度Ｉｂ：Ｉｂ＝（１−ｑ）＋ｐ×ｑ  …（６）
【００８０】
これら２つの光の相対強度Ｉａ、Ｉｂの差が大きい場合、微細な明暗の縞模様が形成され、光の回折が生じる。その結果、外界の像がぼけるという問題が発生する。したがって、観察者が鮮明な外界の像を視認するためには、相対強度Ｉａ、Ｉｂの差を小さくする必要がある。
【００８１】
図１３は、反射率ｐおよび反射率ｑを種々の値に変化させたときの相対強度Ｉａ、Ｉｂの差を示す図である。図１３の横軸は反射率ｑの値であり、図１３の縦軸は反射率ｐの値である。図１３中には、相対強度差が０、±０．３、±０．７のときの５本の曲線を示す。
【００８２】
図１３に示すように、反射率ｐと反射率ｑとの大小関係がｐ＜ｑを満たす場合、相対強度差の絶対値が小さくなることがわかった。すなわち、光学素子３０の射出面３２ｂ（観察者）から遠い側の領域の反射率を相対的に小さく、射出面３２ｂに近い側の領域の反射率を相対的に大きくすることにより相対強度差を小さくすることができる。これにより、外界の像のボケを低減することができる。
【００８３】
（本実施形態の効果のまとめ）
以上述べたように、本実施形態の光学素子３０においては、複数のハーフミラー３１の各々が傾斜方向に反射率が異なる複数の領域３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを有し、光学素子３０の射出面（観察者）から遠い側に低反射率領域３１Ｃが設けられ、射出面に近い側に高反射率領域３１Ａが設けられている。これにより、画像光による縞状の模様を低減できる効果、外界の像のボケを低減できる効果、の２つの効果が得られる。したがって、本実施形態の表示装置１００は光学素子３０を備えたことにより、表示品質が高く、シースルー性に優れた表示装置１００を実現することができる。
【００８４】
なお、第１実施形態では、平行導光体２２が眼を通る光軸ＡＸに垂直なｘｙ面に対して傾斜しているが、平行導光体２２をｘｙ面に平行に配置してもよい。また、入射部２１を曲面２１ａ，２１ｂで構成しているが、その一方または双方を平面で構成することもできる。この場合、曲面２１ｂに対応する部分を平行導光体２２の平面２２ｂを延長した平面とすることができる。また、入射部２１において、光入射面ＩＳから入射させた画像光ＧＬを内面で反射させずに、そのまま平行導光体２２に結合する構成とすることもできる。
【００８５】
さらに、平行導光体２２は、完全な平行平板に限らず、若干の湾曲や楔角を持たせることができる。つまり、平行導光体２２の平面２２ａ，２２ｂを非球面その他の湾曲面としたり、相互に傾き角を形成したりすることができる。ただし、平面２２ａ，２２ｂを湾曲させた場合、視度や倍率変化が発生するので、湾曲は少ない方が良い。また、平面２２ａ，２２ｂ間に傾きを設けた場合、色分散が生じるので、傾き角は小さい方が望ましい。
【００８６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１４および図１５を用いて説明する。
第２実施形態の表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光学素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、表示装置全体の説明は省略し、光学素子についてのみ説明する。
図１４は、第２実施形態の光学素子の断面図である。図１４は、第１実施形態における図４に対応している。
図１４において、図４と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
（光学素子の構成）
図１４に示すように、第２実施形態の光学素子６０は、複数のハーフミラー６１と、複数の透光性部材６２と、を備える。第２実施形態の光学素子６０において、ハーフミラー６１の傾斜角度δは、４５°未満である。本実施形態のように、ハーフミラー６１の傾斜角度δが４５°未満である場合、第１実施形態とは逆に、ハーフミラー６１の傾斜方向において射出面６２ｂに近い側に、反射率が相対的に低い低反射率領域６１Ｃが設けられている。また、傾斜方向において低反射率領域６１Ｃよりも射出面６２ｂから遠い側に反射率が低反射率領域６１Ｃよりも高い高反射率領域６１Ａが設けられている。また、低反射率領域６１Ｃと高反射率領域６１Ａとの間に、低反射率領域６１Ｃの屈折率と高反射率領域６１Ａの屈折率との間の屈折率を有する中間反射率領域６１Ｂが設けられている。すなわち、光学素子６０の入射面６２ａから射出面６２ｂに向けて、高反射率領域６１Ａ、中間反射率領域６１Ｂ、低反射率領域６１Ｃがこの順に設けられている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８８】
（本実施形態の効果：外界光に対する効果）
以下、本実施形態の光学素子６０の特有の効果について説明する。
図１５は、外界光ＥＬに対する光学素子６０の作用を説明するためのモデルを示す図である。ここでは、説明をわかりやすくするため、反射率が異なる２つの領域を有するハーフミラー６１１，６１２を想定する。ハーフミラー６１１，６１２の傾斜角度δは、４５°未満である。
ハーフミラー６１１，６１２の２つの領域のうち、射出面６２ｂから遠い側の第１領域の反射率をｐとし、射出面６２ｂに近い側の第２領域の反射率をｑとする。
【００８９】
観察者の瞳に入射する光として、第１のハーフミラー６１１を透過した光ＥＬａ、第１のハーフミラー６１１で１回反射した光ＥＬ１２、の２本の光線を考える。
光ＥＬ１のうち、一部の光は、入射面６２ａから入射した後、第１のハーフミラー６１１に入射する。第１のハーフミラー６１１に入射した光のうち、一部の光は、第１のハーフミラー６１１の第２領域６１１Ｂを透過して射出面６２ｂから射出される。他の光は、第１のハーフミラー６１１の第２領域６１１Ｂで反射して第２のハーフミラー６１２の第１領域６１２Ａに向かって進む。
【００９０】
第１のハーフミラー６１１の第２領域６１１Ｂで反射した光は、第２のハーフミラー６１２の第１領域６１２Ａで反射する。また、第２のハーフミラー６１２の反射位置には、第２のハーフミラー６１２に直接入射した光も到達する。そのため、第２のハーフミラー６１２の反射位置からは、第１のハーフミラー６１１の第２領域６１１Ｂで反射し、さらに第２のハーフミラー６１２の第１領域６１２Ａで反射した光ＥＬ１２、および第２のハーフミラー６１２の第１領域６１２Ａに直接入射して透過した光ＥＬ２の双方が射出される。観察者は、これらの光が合成された光を見ることになる。
【００９１】
ここで、第１のハーフミラー６１１から射出された光ＥＬａの相対強度をＩＡとし、第２のハーフミラー６１２から射出されたＥＬｂの相対強度をＩＢとする。
相対強度ＩＡ、ＩＢは、それぞれ以下の（７）、（８）式で表される。
相対強度ＩＡ：ＩＡ＝１−ｑ  …（７）
相対強度ＩＢ：ＩＢ＝（１−ｐ）＋ｑ×ｐ  …（８）
【００９２】
これら２つの光の相対強度ＩＡ、ＩＢの差が大きい場合、微細な明暗の縞模様が形成され、光の回折が生じる。その結果、外界の像がぼけるという問題が発生する。したがって、観察者が鮮明な外界の像を視認するためには、相対強度Ｉａ、Ｉｂの差を小さくする必要がある。本実施形態の場合、反射率ｐと反射率ｑとの大小関係がｐ＞ｑを満たす場合、相対強度差が小さくなる。すなわち、光学素子６０の射出面６２ｂ（観察者）から遠い側の領域の反射率を相対的に大きく、射出面６２ｂに近い側の領域の反射率を相対的に小さくすることにより相対強度差を小さくすることができる。このように、本実施形態の光学素子６０を備えた表示装置によれば、外界の像のボケを低減することができる。
【００９３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、光学素子が複数の透光性部材を有する構成としたが、一つの透光性部材を有する構成としてもよい。その場合、例えば透光性部材の一面を鋸歯状とし、鋸歯を構成する複数の傾斜面にハーフミラーが設けられた構成としてもよい。
【００９４】
その他、光学素子および表示装置に構成する各構成要素の数、形状、材料等の各部の具体的な構成については、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。例えば画像形成装置として、上記の液晶表示装置の他、有機ＥＬ装置、レーザー光源とＭＥＭＳスキャナーとの組合せ等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１０…画像形成装置、２０…導光装置、２１…入射部、２２…平行導光体（導光体）、２３…射出部、３０，６０…光学素子、３１…ハーフミラー、３１Ａ，６１Ａ…高反射率領域（領域）、３１Ｂ，６１Ｂ…中間反射率領域（領域）、３１Ｃ，６１Ｃ…低反射率領域（領域）、３２…透光性部材、３２ａ…入射面、３２ｂ…射出面、５１…透光性部材、５２…マスク、９０…要素板、９２…積層体、１００…表示装置。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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