(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子の各画角の表示光束が繰り返し内面反射してその表示光束の光路を内部に形成する透過性の基板と、
前記基板のうち前記内面反射に供される一方の面の所定領域に密着して設けられ、その所定領域に到達した各前記表示光束の一部をそれぞれ基板外に射出させ、反射により所定方向に偏向する偏向光学部とを備え、
前記画像表示素子の表示画面の虚像を形成する画像表示光学系であって、
前記基板の内部に形成される前記表示光束の光路を折り返しその表示光束を往復させる折り返し反射面をさらに備え、
前記偏向光学部は、
往路進行中の前記表示光束の一部と復路進行中の前記表示光束の一部とを同じ方向に偏向する
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示光学系において、
前記偏向光学部の偏向特性には、
前記画像表示光学系の射出瞳に入射する前記表示光束の輝度を均一化するような分布が付与されている
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像表示光学系において、
前記折り返し反射面は、
前記基板内の所定領域を第１角度範囲内で通過する前記表示光束の光路を折り返す第１反射面と、前記所定領域を前記第１角度範囲から外れた第２角度範囲内で通過する前記表示光束の光路を折り返す第２反射面とからなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項４】
請求項３に記載の画像表示光学系において、
前記第１反射面は、
前記第２角度範囲内で通過する前記表示光束を非折り返し方向に反射する性質を有し、
前記第２反射面は、
前記第１反射面が前記非折り返し方向に反射した前記表示光束の光路を折り返す
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項５】
請求項３に記載の画像表示光学系において、
前記第１反射面は、
前記第２角度範囲内で通過する前記表示光束を透過する性質を有し、
前記第２反射面は、
前記第１反射面を透過した前記表示光束の光路を折り返す
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項６】
請求項３に記載の画像表示光学系において、
前記第１反射面及び前記第２反射面は、
前記基板内の同位置に互いに交差して配置され、
前記第１反射面は、
前記第２角度範囲内で通過する前記表示光束を透過する性質を有し、
前記第２反射面は、
前記第１角度範囲内で通過する前記表示光束を透過する性質を有する
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の画像表示光学系において、
前記偏向光学部は、
前記所定領域に密着して設けられ、かつその所定領域に到達した各前記表示光束の一部をそれぞれ基板外に透過する第１の光学面と、
前記第１の光学面の反基板側に設けられ、かつ前記基板の法線に対し傾斜した複数の微小反射面を列状に配置したマルチミラーとからなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示光学系において、
前記微小反射面には、
光学多層膜又は回折光学面が用いられている
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項９】
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の画像表示光学系において、
前記偏向光学部は、
回折光学部材からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の画像表示光学系において、
前記偏向光学部には、
外界から前記射出瞳の方向へ向かう外界光束の少なくとも１部を透過する特性が付与されている
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像表示光学系において、
前記偏向光学部には、
前記偏向の対象を前記表示光束と同じ波長の光に限定する特性が付与されている
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の画像表示光学系において、
前記射出瞳に配置されるべき観察眼の視度補正をする機能が備えられる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像表示光学系において、
前記偏向光学部を挟んで前記基板と連結される別の基板を備え、
前記別の基板の前記偏向光学部と反対側の面は、
前記視度補正の少なくとも一部を担う曲面形状となっている
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れか一項に記載の画像表示光学系と、
画像表示素子と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイグラスディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、カメラ、携帯電話、双眼鏡、顕微鏡、望遠鏡などの光学機器に搭載され、液晶表示素子などの表示画面の虚像を観察眼の前方に形成するための画像表示光学系及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種の画像表示光学系として、射出瞳の大きいものが提案された（特許文献１など。）。
この画像表示光学系は、複数のハーフミラーを、それぞれの透過光路に対し直列に、かつ各反射面が基板の表面に対し４５°傾斜するように透過性の基板内に配置してなる。
液晶表示素子などの表示画面から射出した表示光束は、平行光束化された状態でこの画像表示光学系のハーフミラーに対し４５°の入射角度で入射する。【０００３】
表示光束が最初のハーフミラーに入射すると、その表示光束の一部はそのハーフミラーにて反射し、他の一部は透過する。そのハーフミラーを透過した表示光束の一部は次のハーフミラーにて反射し、他の一部は透過する。これが各ハーフミラーで繰り返され、各ハーフミラーにて反射した各表示光束は、それぞれ基板外に射出する。
基板外において各表示光束が通過する領域には、表示画面の各位置から射出した各表示光束が重畳して入射する比較的広い領域が存在する。その領域内に観察眼の瞳が配置されれば、観察眼は表示画面の像を結像することができる。つまり、この領域は、射出瞳と等価な働きをする（以下、「射出瞳」という。）。【０００４】
このような射出瞳は、ハーフミラーの配置数を増やすことで容易に拡大可能である。射出瞳が大きいと観察眼の瞳の位置の自由度が高まるので、観察者がよりリラックスした状態で表示画面を観察することができる。
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この画像表示光学系には、基板の加工が難しい、或いは加工が煩雑であるといった問題がある。例えば、基板の内部にハーフミラーを形成するためには、基板を多数に切断し、多数の切断面に半透過面を形成し、再びそれらの切断面を接着する必要がある。
そこで本発明は、基板の構成をシンプルに抑えながらも大きな射出瞳を確保することのできる画像表示光学系及び画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】
本発明の画像表示光学系は、画像表示素子の各画角の表示光束が繰り返し内面反射してその表示光束の光路を内部に形成する透過性の基板と、前記基板のうち前記内面反射に供される一方の面の所定領域に密着して設けられ、その所定領域に到達した各前記表示光束の一部をそれぞれ基板外に射出させ、反射により所定方向に偏向する偏向光学部とを備え、前記画像表示素子の表示画面の虚像を形成するものであって、前記基板の内部に形成される前記表示光束の光路を折り返しその表示光束を往復させる折り返し反射面をさらに備え、前記偏向光学部は、往路進行中の前記表示光束の一部と復路進行中の前記表示光束の一部とを同じ方向に偏向する。
【０００７】
好ましくは、前記偏向光学部の偏向特性には、前記画像表示光学系の射出瞳に入射する前記表示光束の輝度を均一化するような分布が付与されている。
【０００８】
また、好ましくは、前記折り返し反射面は、前記基板内の所定領域を第１角度範囲内で通過する前記表示光束の光路を折り返す第１反射面と、前記所定領域を前記第１角度範囲から外れた第２角度範囲内で通過する前記表示光束の光路を折り返す第２反射面とからなる。
また、好ましくは、前記第１反射面は、前記第２角度範囲内で通過する前記表示光束を非折り返し方向に反射する性質を有し、前記第２反射面は、前記第１反射面が前記非折り返し方向に反射した前記表示光束の光路を折り返す。【０００９】
また、好ましくは、前記第１反射面は、前記第２角度範囲内で通過する前記表示光束を透過する性質を有し、前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記表示光束の光路を折り返す。
また、好ましくは、前記第１反射面及び前記第２反射面は、前記基板内の同位置に互いに交差して配置され、前記第１反射面は、前記第２角度範囲内で通過する前記表示光束を透過する性質を有し、前記第２反射面は、前記第１角度範囲内で通過する前記表示光束を透過する性質を有する。【００１０】
また、好ましくは、前記偏向光学部は、前記所定領域に密着して設けられ、かつその所定領域に到達した各前記表示光束の一部をそれぞれ基板外に透過する第１の光学面と、前記第１の光学面の反基板側に設けられ、かつ前記基板の法線に対し傾斜した複数の微小反射面を列状に配置したマルチミラーとからなる。
また、好ましくは、前記微小反射面には、光学多層膜又は回折光学面が用いられる。【００１１】
また、好ましくは、前記偏向光学部は、回折光学部材によって構成される。
また、好ましくは、前記偏向光学部には、外界から前記射出瞳の方向へ向かう外界光束の少なくとも１部を透過する特性が付与される。
また、好ましくは、前記偏向光学部には、前記偏向の対象を前記表示光束と同じ波長の光に限定する特性が付与される。【００１２】
また、好ましくは、前記画像表示光学系に、前記射出瞳に配置されるべき観察眼の視度補正をする機能が備えられる。
また、好ましくは、前記画像表示光学系は、前記偏向光学部を挟んで前記基板と連結される別の基板を備え、前記別の基板の前記偏向光学部と反対側の面は、前記視度補正の少なくとも一部を担う曲面形状となっている。【００１３】
また、本発明の画像表示装置は、本発明の何れかの画像表示光学系と、画像表示素子とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板の構成をシンプルに抑えながらも大きな射出瞳を確保することのできる画像表示光学系及び画像表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のアイグラスディスプレイの外観図である。
【図２】画像導入ユニット２と画像表示光学系１との構成を示す斜視図である。
【図３】画像導入ユニット２の周辺を観察者から見た水平面で切断した概略断面図である。
【図４】基板１１における表示光束Ｌの振る舞いを示す図である。
【図５】（ａ）は、基板１１における表示光束Ｌの振る舞いを示す図、（ｂ）は、基板１１における表示光束Ｌ+の振る舞いを示す図、（ｃ）は、基板１１における表示光束Ｌ-の振る舞いを示す図である。
【図６】マルチミラー１２ａの周辺を観察者から見た水平面で切断した概略拡大断面図である。（ａ）は、往路進行中の表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20に対するマルチミラー１２ａの作用を示しており、（ｂ）は、復路進行中の表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20に対するマルチミラー１２ａの作用を示している。
【図７】（ａ）は、射出瞳Ｅに入射する往路進行中の表示光束Ｌを示す図であり、（ｂ）は、射出瞳Ｅに入射する復路進行中の表示光束Ｌを示す図である。
【図８】アイグラスディスプレイの視度補正の方法を説明する図である。
【図９】（ａ）は、基板１１の外界側の面１１−１における表示光束Ｌの入射領域が不連続となった例を示す図であり、（ｂ）は、対物レンズ２２及び液晶表示素子２１の光軸が傾斜した例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、第２実施形態のマルチミラー１２ａ’の形成箇所を示す図であり、（ｂ）は、マルチミラー１２ａ’の構成を示す図である。
【図１１】第２実施形態のアイグラスディスプレイにおいて射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの周期的な輝度ムラの原因を説明する図である。
【図１２】第２実施形態のアイグラスディスプレイにおいて射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの段階的な輝度ムラを回避する方法を説明する図である。
【図１３】第３実施形態のマルチミラー１２ａ”の形成箇所を示す図である。
【図１４】表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20に対するマルチミラー１２ａの作用を示す図である。
【図１５】（ａ）は、第１実施形態のマルチミラー１２ａの全体と同様の作用をする回折光学面３２ａを説明する図であり、（ｂ）は、第２実施形態のマルチミラー１２ａ’の全体と同様の作用をする回折光学面３２ａ’を説明する図であり、（ｃ）は、第３実施形態のマルチミラー１２ａ”と同様の作用をする回折光学面３２ａ”を説明する図である。
【図１６】視度補正の各種の方法を説明する図である。
【図１７】画像表示光学系１を携帯電話のディスプレイに適用した例を示す図である。
【図１８】画像表示光学系１をプロジェクタに適用した例を示す図である。
【図１９】第１実施形態の折り返し反射面１１ｂの作用を説明する図である。
【図２０】第１実施形態の第１変形例、第２変形例、第３変形例、第４変形例，第５変形例を示す図である。
【図２１】第１実施形態の第６変形例を示す図である。
【図２２】実施例１の反射透過面１３ａの垂直入射する光に対する反射率の波長特性である。
【図２３】実施例１の反射透過面１３ａの６０°入射する光に対する反射率の波長特性である。
【図２４】実施例２の第１反射透過面１２ａ−１の垂直入射する光に対する反射率の波長特性である。
【図２５】実施例２の第１反射透過面１２ａ−１の６０°入射する光に対する反射率の波長特性である。
【図２６】実施例２の別の第１反射透過面１２ａ−１の垂直入射する光に対する反射率の波長特性である。
【図２７】実施例２の別の第１反射透過面１２ａ−１の６０°入射する光に対する反射率の波長特性である。
【図２８】実施例３の第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の３０°入射する光に対する反射率（透過率）の波長特性である（膜厚１０ｎｍ）。
【図２９】実施例３の第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の３０°入射する光に対する反射率（透過率）の波長特性である（膜厚２０ｎｍ）。
【図３０】液晶表示素子２１の発光スペクトル分布である。
【図３１】第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’（３バンドミラー）の３０°入射する光に対する反射率（透過率）の波長特性である。
【図３２】第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’（偏向ビームスプリッタ型ミラー）の３０°入射する光に対する反射率（透過率）の波長特性である。
【図３３】実施例６の折り返し反射面１１ｂ”の垂直入射する光に対する反射率の波長特性と、６０°入射するｐ偏光の光に対する反射率との波長特性とを示す図である。
【図３４】実施例６’の折り返し反射面１１ｂ”の構成を示す図である。
【図３５】実施例６’の折り返し反射面１１ｂ”の垂直入射する光に対する反射率の波長特性と、６０°入射するｐ偏光の光に対する反射率との波長特性とを示す図である。
【図３６】実施例７の折り返し反射面１１ｂ”の構成を示す図である。
【図３７】実施例７の折り返し反射面１１ｂ”の垂直入射する光に対する反射率の波長特性と、６０°入射するｐ偏光の光に対する反射率との波長特性とを示す図である。
【図３８】実施例８のホログラム面の形成方法を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良の形態（実施形態）を説明する。
［第１実施形態］
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８に基づき本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。【００１７】
先ず、アイグラスディスプレイの構成を説明する。
図１に示すように、本アイグラスディスプレイは、画像表示光学系１、画像導入ユニット２、ケーブル３などからなる。画像表示素子光学系１、画像導入ユニット２は、眼鏡のフレームと同様の支持部材４（テンプル４ａ、リム４ｂ、ブリッジ４ｃなどからなる。）によって支持され、観察者の頭部に装着される。【００１８】
画像表示光学系１は、眼鏡のレンズと同様の外形をしておりリム４ｂによって周囲から支持される。
画像導入ユニット２は、テンプル４ａによって支持される。画像導入ユニット２には、外部機器からケーブル３を介して映像信号及び電力が供給される。
装着時、観察者の一方の眼（以下、右眼とし「観察眼」という。）の眼前に画像表示光学系１が配置される。以下、装着時のアイグラスディスプレイを、観察者及び観察眼の位置を基準として説明する。【００１９】
画像導入ユニット２の内部には、図２に示すように、映像信号に基づき映像を表示する液晶表示素子２１（請求項における画像表示素子に対応。）と、液晶表示素子２１の近傍に焦点を有した対物レンズ２２とが配置される。
この画像導入ユニット２は、対物レンズ２２から射出する光束（表示光束）Ｌを、画像表示光学系１の観察者側の面の右端部に向けて出射する。【００２０】
画像表示光学系１は、観察者の側から順に、基板１３，１１，１２を密着して重ねて配置してなる。
基板１３，１１，１２の各々は、外界（画像表示光学系１の反観察者側の領域）から観察眼に向かう外界光束の少なくとも可視光成分に対し透過性を有した基板である。
このうち、２つの基板１３，１２によって挟まれた基板１１は、画像導入ユニット２から導入された表示光束Ｌを外界側の面１１−１と観察者側の面１１−２とで繰り返し内面反射する平行平板である（請求項における透過性の基板に対応する。）。【００２１】
基板１１の外界側に配置された基板１２は、主に、基板１１が内面反射する表示光束Ｌを観察者の方向に偏向する働きと、観察眼の視度補正をする働きの一部とを担う。基板１２は、観察者側の面１２−２が平面となったレンズである。
基板１１の観察者側に配置された基板１３は、観察眼の視度補正をする働きの一部を担う。基板１３は、外界側の面１３−１が平面となったレンズである。【００２２】
なお、基板１１の内部において表示光束Ｌが最初に入射する領域には、表示光束Ｌの角度を内面反射可能な角度に偏向する反射面１１ａが形成される。
また、基板１２の観察者側の面１２−２には、マルチミラー（請求項における偏向光学部に対応。）１２ａが設けられる（詳細は後述。）。
また、基板１１の内部において、画像導入ユニット２から最も離れた領域には、表示光束Ｌの伝搬方向と略同じ方向に法線を有した折り返し反射面１１ｂが設けられる。【００２３】
また、基板１３の外界側の面１３−１には、エアギャップと同等の働きをする反射透過面１３ａが設けられる。
この反射透過面１３ａは、比較的大きい入射角度で入射する光に対して高い反射性を示し、小さい入射角度で（略垂直に）入射する光に対して高い透過性を有する。このような反射透過面１３ａが形成されていれば、基板１１による内面反射の機能を保ちながら、基板１３と基板１１とを接合し、画像表示光学系１の強度を高めることができる。【００２４】
次に、画像表示光学系１の各面の配置及び構成を表示光束Ｌの振る舞いに基づき説明する。
図３に示すように、画像導入ユニット２内の液晶表示素子２１の表示画面から射出した表示光束（ここでは、中心画角の表示光束Ｌを代表して説明する。）は、対物レンズ２２において平行光束Ｌに変換される。【００２５】
表示光束Ｌは、基板１３を通過して基板１１に入射する。なお、基板１３の観察者側の面１３−２のうちこの表示光束Ｌが通過する領域は、表示光束Ｌに対し何ら光学的パワーを与えない平面になっている。
表示光束Ｌは、図４に示すように、基板１１内の反射面１１ａに対し所定の入射角度θ0で入射する。反射面１１ａにて反射した表示光束Ｌは、基板１１の観察者側の面１１−２に対し所定の入射角度θiで入射する。【００２６】
この入射角度θiは、基板１１の内面反射の臨界角度θcよりも大きい角度である。また、基板１１の観察者側の面１１−２に接して設けられた反射透過面１３ａ（図３参照）は、エアギャップと同等の働きをする。
表示光束Ｌは、基板１１の観察者側の面１１−２、基板１１の外界側の面１１−１にて全反射条件を満たしながら繰り返し交互に内面反射し、画像導入ユニット２から離れた観察者の左方向へ伝播する。【００２７】
因みに、基板１１にて内面反射する表示光束Ｌの左右方向の幅Ｄiは、その表示光束Ｌの基板１１への入射時の径Ｄ0、基板１１の厚さｄ、その表示光束Ｌの反射面１１ａへの入射角度θ0を用いて式（１）で表される。
Ｄi＝Ｄ0＋ｄ／tan（９０°−２θ0）  ・・・（１）
以下、表示光束Ｌの反射面１１ａへの入射角度θ0＝３０°，基板１１の厚さｄ＝Ｄ0tanθ0であるとして説明する。この場合、内面反射時の入射角度θi＝６０°となる。また、式（１）より、内面反射時の表示光束Ｌの幅Ｄiは、基板１１への入射時の表示光束Ｌの径Ｄ0の２倍となる。また、このとき、基板１１の外界側の面１１−１における表示光束Ｌの各入射領域、及び基板１１の観察者側の面１１−２における表示光束Ｌの各入射領域は、何れも隙間無く連続して並ぶ。【００２８】
ここで、以上の説明では、液晶表示素子２１の表示画面の中心画角の表示光束Ｌについてのみ説明したが、実際には、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように中心画角の表示光束Ｌの他に周辺画角の表示光束Ｌ+，Ｌ-などもそれぞれ異なる入射角度θiにて基板１１内を伝播する。
図５（ａ）には、中心画角の表示光束Ｌを、図５（ｂ），（ｃ）は、周辺画角の表示光束Ｌ+，Ｌ-をそれぞれ示した。【００２９】
図５（ａ）において符号Ａで示すのは、基板１１の外界側の面１１−１及び観察者側の面１１−２において中心画角の表示光束Ｌが入射する各領域であり、図５（ｂ）において符号Ｂで示すのは、基板１１の外界側の面１１−１及び観察者側の面１１−２において周辺画角の表示光束Ｌ+が入射する各領域であり、図５（ｃ）において符号Ｃで示すのは、基板１１の外界側の面１１−１及び観察者側の面１１−２において周辺画角の表示光束Ｌ-が入射する各領域である。【００３０】
基板１１の外界側の面１１−１において、領域Ｂ※の全域には、各画角の表示光束Ｌ，Ｌ+，Ｌ-がそれぞれ入射する。
図３のマルチミラー１２ａの形成領域は、この領域Ｂ※をカバーするように設定される。
図３に戻り、各画角の表示光束Ｌ，Ｌ+，Ｌ-の振る舞いを説明する。以下、各画角の表示光束をまとめてＬで表す。【００３１】
各画角の表示光束Ｌは、マルチミラー１２ａに入射する度に、所定割合ずつ画角間の角度関係を保ったまま観察者側に偏向される。
偏向された各画角の表示光束Ｌは、基板１１の内面反射の臨界角度θcよりも小さい角度で基板１１の観察者側の面１１−２に入射し、その基板１１の観察者側の面１１−２を透過する。その後、各画角の表示光束Ｌは、反射透過面１３ａを透過し、基板１３を介して観察眼の近傍の領域Ｅに入射する。【００３２】
つまり、領域Ｂ※（図５参照）に重畳して入射した各画角の表示光束Ｌは、画角間の角度関係を保ったまま領域Ｅに重畳して入射する。
この領域Ｅが、画像表示光学系１の射出瞳となる。射出瞳Ｅの何れかの位置に観察眼の瞳を配置すれば、観察眼は、液晶表示素子２１の表示画面の虚像を観察することができる。【００３３】
本実施形態のアイグラスディスプレイは、領域Ｂ※（図５参照）及びマルチミラー１２ａの形成領域を観察眼の瞳のサイズよりも十分に大きく設定し、それによって大きな射出瞳Ｅを確保している。
なお、基板１１の内部に形成された折り返し反射面１１ｂは、基板１１を伝播した表示光束Ｌを折り返し、入射時の光路を逆進させる。よって、表示光束Ｌは、基板１１の内部を往復する。【００３４】
復路進行中の表示光束Ｌも、マルチミラー１２ａに入射する度に、往路進行中の表示光束Ｌと同様に偏向される。
その後、マルチミラー１２ａによって反射された表示光束Ｌは、反射透過面１３ａを透過し、基板１３を介して射出瞳Ｅにそれぞれ入射する。
次に、基板１１，基板１２，基板１３の各々製造方法の例を簡単に説明しておく。【００３５】
基板１１の製造方法では、基板１１の原型として、光学ガラス又は光学プラスチックなどからなる基板を用意する。
その基板を２箇所で斜めに切断し、切断してできた２対の切断面を光学研磨し、各対の切断面の一方に反射面となりうるアルミニウム・銀・誘電体多層膜などを成膜し、その後再び各切断面を接合する。接合面の一方が反射面１１ａ、他方が折り返し反射面１１ｂとなる。【００３６】
なお、成膜する切断面をどちらにするのかは製造工程数やコストを勘案して選定される。また、基板を２部材に切断する代わりに、別部材からなる２部材を用意してもよい。切断するか別部材を用意するかについても、製造工程数やコストを勘案して選定される。
例えば、両端が斜めに切断・研磨された光学ガラスを用意し、その両端に反射面となりうる膜を成膜し、その外形をプラスチックで補填して板状に成形してもよい。或いは板状に成形することなく、両端を斜めの状態のまま露出させてもよい（光学系としての機能には支障無い。）。【００３７】
基板１２の製造方法では、基板１２の原型として、一方が平面で他方が曲面となった透過性の基板（レンズ）を用意する。曲面が基板１２の外界側の面１２−１、平面が基板１２の観察者側の面１２−２となる。基板１２の観察者側の面１２−２上にマルチミラー１２ａを形成する。マルチミラー１２ａの形成方法は、後述する。
基板１３の製造方法では、基板１３の原型として、一方が平面で他方が曲面となった透過性の基板（レンズ）を用意し、その平面上にエアギャップと同等の働きをする光学多層膜を形成する。この面が反射透過面１３ａとなる。【００３８】
なお、以下では、基板１１の材料として、一般的な光学ガラスＢＫ７（屈折率ｎg＝１．５６）が用いられたとする。
一般に、臨界角度θcは、基板１１と反射面の材料との屈折率差ｎgに対し、式（２）で表される。
θc＝arcsin（１／ｎg）  ・・・（２）
よって、この材料を用いた場合、基板１１の臨界角度θcは、３９．９°となる。【００３９】
また、上記したように、中心画角の表示光束Ｌの入射角度θi＝６０°である。
したがって、この基板１１は、入射角度θi＝４０°〜８０°で入射する各表示光束Ｌ、つまり観察者の左右方向の画角−２０°〜＋２０°までの範囲の各表示光束Ｌ-20〜Ｌ+20を伝播可能である。
なお、基板１３の外界側の面１３−１には、光学多層膜の代わりに回折光学面（ホログラム面など）を形成してもよい。その際は、回折光学面の回折条件を、先に示した光学多層膜の特性と同じ条件になるように調整すればよい。また、この場合は、特に臨界角度を満たすような条件でなくともよい。【００４０】
次に、マルチミラー１２ａの構成を説明する。
マルチミラー１２ａは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、基板１２の表面に形成された第１反射透過面１２ａ−１と、基板１２の内部において観察者の左右方向に交互に隙間無く列状に形成された複数の微小な第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’とからなる。【００４１】
第２反射透過面１２ａ−２の姿勢は、観察眼の左手前から右奥に向かって傾斜した姿勢であり、第２反射透過面１２ａ−２’の姿勢は、第２反射透過面１２ａ−２と反対方向に等角度だけ傾斜した姿勢である。
第２反射透過面１２ａ−２と基板１２の法線とが成す角度、及び第２反射透過面１２ａ−２’と基板１２の法線とが成す角度は、それぞれ６０°である。【００４２】
このようなマルチミラー１２ａの単位形状を水平面（図６の紙面と平行）において切断すると、その断面形状は、底角が３０°の二等辺三角形状となる。
第１反射透過面１２ａ−１は、６０°近傍（４０°〜８０°）の入射角度で入射する光の一部を反射しその他を透過する性質を有し、かつ０°近傍（−２０°〜＋２０°）の入射角度で入射する光を全て透過する性質を有している。【００４３】
第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’は、それぞれ３０°近傍（１０°〜５０°）の入射角度で入射する光の一部を反射しその他を透過する性質を有している。
基板１２が光学ガラス・光学樹脂・結晶などからなる場合、第１反射透過面１２ａ−１，第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’には、例えば異なる屈折率を有する誘電体・金属・有機材料などを組み合わせた光学多層膜を適用できる。【００４４】
なお、設計時、第１反射透過面１２ａ−１，第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の反射透過率の角度特性は、内面反射の回数、射出瞳Ｅに入射させるべき外界光束と表示光束Ｌとの強度のバランス（シースルー性）などを考慮して最適化される。
また、図６（ａ），（ｂ）には、第１反射透過面１２ａ−１と、第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’とが近接している例を示したが、間隔が設けられていてもよい。【００４５】
次に、このマルチミラー１２ａの形成方法の例を簡単に説明しておく。
基板１２の観察者側の面１２−２上に、Ｖ字状の断面をした複数の微小溝を隙間無く並べて形成する。
その溝の一方の内壁及び他方の内壁に第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’となる光学多層膜をそれぞれ成膜し、原型と同じ材料により溝を埋め、その表面に第１反射透過面１２ａ−１となる光学多層膜を成膜する。【００４６】
溝の形成及び光学多層膜の成膜には、それぞれ樹脂成形及び蒸着などの技術が適用可能である。
次に、基板１１内を伝播する表示光束Ｌに対するマルチミラー１２ａの作用を説明する。ここでは、中心画角の表示光束（θi＝６０°）Ｌ、周辺画角の表示光束（θi＝４０°）Ｌ-20、周辺画角の光束（θi＝８０°）Ｌ+20に対する作用を代表して説明する。【００４７】
往路進行中、図６（ａ）に示すように、６０°近傍（４０°〜８０°）の入射角度で基板１１を内面反射する表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、何れも基板１１と第１反射透過面１２ａ−１との境界面において全反射せずに、その一部が第１反射透過面１２ａ−１を透過し、基板１２の内部に進入する。
進入した表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、第２反射透過面１２ａ−２に対し３０°近傍（１０°〜５０°）の入射角度でそれぞれ入射する。第２反射透過面１２ａ−２に入射した表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20の一部は、第２反射透過面１２ａ−２にて反射し、第１反射透過面１２ａ−１に対し０°近傍（−２０°〜＋２０°）の入射角度で入射し、第１反射透過面１２ａ−１を透過して基板１１に入射する。このときの入射角度は、臨界角度θcよりも小さいので、表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、基板１１を内面反射することなく透過し、基板１３を介して外部に射出する。【００４８】
復路進行中、図６（ｂ）に示すように、６０°近傍（４０°〜８０°）の入射角度で基板１１を内面反射する表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、何れも内面反射用基板１１と第１反射透過面１２ａ−１との境界面において全反射せずに、その一部が第１反射透過面１２ａ−１を透過し、基板１２の内部に進入する。
進入した表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、第２反射透過面１２ａ−２’に対し３０°近傍（１０°〜５０°）の入射角度でそれぞれ入射する。第２反射透過面１２ａ−２’に入射した表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20の一部は、第２反射透過面１２ａ−２’にて反射し、第１反射透過面１２ａ−１に対し０°近傍（−２０°〜＋２０°）の入射角度で入射し、第１反射透過面１２ａ−１を透過して基板１１に入射する。このときの入射角度は、臨界角度θcよりも小さいので、表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、基板１１を内面反射することなく透過し、基板１３を介して外部に射出する。【００４９】
次に、基板１１が往復のための折り返し反射面１１ｂを備え、かつマルチミラー１２ａが２つの第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’を備えたことによる効果について説明する。
図７（ａ）に示すとおり、往路進行中、マルチミラー１２ａに繰り返し入射する表示光束Ｌは、マルチミラー１２ａへ入射する毎に、一定の割合の強度でマルチミラー１２ａ内の第２反射透過面１２ａ−２（図６（ａ）参照）にまで到達し、射出瞳Ｅの方向に偏向される。【００５０】
具体的に、往路進行中の表示光束Ｌのマルチミラー１２ａへの入射回数の総数を４、マルチミラー１２ａの表示光束Ｌに対する偏向効率（マルチミラー１２ａに入射する表示光束Ｌの輝度に対する射出瞳Ｅの方向へ偏向される表示光束Ｌの輝度の比）を１０％（このとき内面反射の反射率は９０％とみなせる。）、マルチミラー１２ａにおける表示光束Ｌの入射領域を観察者の右から順にＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤとすると、往路進行中に各領域から射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度相対値は、次のとおりとなる（なお、吸収による光量損失は無視した。）。【００５１】
ＥＡ：０．１，  ＥＢ：０．０９，  ＥＣ：０．０８１，  ＥＤ：０．０７２９
すなわち、射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度は、折り返し反射面１１ｂに近づくほど、弱くなる。よって、往路進行中に射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌには、段階的な輝度ムラが生じる。
一方、図７（ｂ）に示すとおり、復路進行中、マルチミラー１２ａに繰り返し入射する表示光束Ｌは、マルチミラー１２ａへ入射する毎に、一定の割合の強度でマルチミラー１２ａ内の第２反射透過面１２ａ−２’（図６（ｂ）参照）にまで到達し、射出瞳Ｅの方向に偏向される。【００５２】
具体的に、折り返し反射面１１ｂの反射率を１００％とすると、復路進行中に各領域から射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度相対値は、次のとおりとなる（なお、吸収による光量損失は無視した。）。
ＥＡ：０．０４７，  ＥＢ：０．０５３１，  ＥＣ：０．０５９，  ＥＤ：０．０６５１
すなわち、射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度は、折り返し反射面１１ｂから遠ざかるほど、弱くなる。よって、復路進行中に射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌには、段階的な輝度ムラが生じる。【００５３】
但し、往路進行中の表示光束Ｌと復路進行中の表示光束Ｌとは、射出瞳Ｅに対し同時に入射するので、各領域から射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度相対値は、往路進行中と復路進行中との和となり、次のとおりとなる。
ＥＡ：０．１４７，  ＥＢ：０．１４３１，  ＥＣ：０．１４０，  ＥＤ：０．１３８
したがって、段階的な輝度ムラは殆ど生じ無い。【００５４】
また、このマルチミラー１２ａは、互いに同じ特性を有した第２反射透過面１２ａ−２と第２反射透過面１２ａ−２’とを隙間無く配置し、外界から射出瞳Ｅに向かう外界光束に対し一様な特性を示すので、射出瞳Ｅに入射する外界光束にも輝度ムラは生じ無い。
次に、視度補正について説明する。
先ず、図８に示すように、基板１３の観察者側の面１３−２、及び基板１２の外界側の面１２−１は、曲面になっている。また、対物レンズ２２の光軸方向の位置は、変更可能である。【００５５】
液晶表示素子２１の表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正（近方視度の補正）は、対物レンズ２２の光軸方向の位置（図８※１）と、基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状（図８※３）との組み合わせの最適化によって行うことができる。一方、外界の像に対する観察眼の視度補正（遠方視度の補正）は、基板１２の外界側の面１２−１の曲面形状（図８※２）と、基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状（図８※３）との組み合わせの最適化によって行うことができる。【００５６】
或いは、対物レンズ２２の位置に何の変更も加えずに、外界の像に対する観察眼の視度補正（遠方視度の補正）を主に基板１２の外界側の面１２−１の曲面形状（図８※２）の最適化により図り、表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正（有限距離視度の補正）を主に基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状（図８※３）の最適化により図ることとしてもよい。【００５７】
このように、本アイグラスディスプレイにおいては、マルチミラー１２ａの形成箇所が基板１２の一方の面（観察者側の面１２−２）のみなので、他方の面（外界側の面１２−１）を視度補正に利用することができる。
また、本アイグラスディスプレイにおいては、表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正を、外界の像に対する観察眼の視度補正と独立して行うことができるので、観察眼の特性（近視、遠視、老視、乱視、弱視の程度）だけでなく、アイグラスディスプレイの使用環境にも応じたきめ細かい視度補正が可能である。【００５８】
また、基板１２の外界側の面１２−１、及び基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状は、球面、回転対称な非球面、観察者の上下方向と左右方向とで異なる曲率半径の曲面、位置により曲率半径の異なる曲面など様々な形状にすることができる。
なお、対物レンズ２２の位置の代わりに液晶表示素子２１の位置や対物レンズ２２の焦点距離を最適化してもよい。【００５９】
また、基板１２により十分な視度補正が可能である場合、表示光束Ｌが基板１１の内面で全反射する条件を満たすように表示光束Ｌを基板１１に導くことで、基板１３を不要にすることが可能である。
次に、本アイグラスディスプレイの効果を説明する。
本実施形態のアイグラスディスプレイは、マルチミラー１２ａが設けられた基板１２を内面反射用の基板１１に組み合わせることで大きな射出瞳Ｅを確保している。基板１２を組み合わせた結果、基板１１の内部構成は、極めてシンプルに抑えられている。【００６０】
また、マルチミラー１２ａの形状は、微小な単位形状の繰り返しからなるシンプルな形状なので、基板１２上に形成する際にも、その基板１２を多数に切断する必要は無い（上述したごとく樹脂成形や蒸着など、量産化が容易な製造技術を適用することが可能である。）。
したがって、本アイグラスディスプレイは、構成がシンプルであるにも拘わらず、大きな射出瞳Ｅを確保することができる。【００６１】
また、本アイグラスディスプレイにおいては、画像表示光学系１から観察者の観察眼の瞳へ表示光束Ｌを導光するために、マルチミラー１２ａで表示光束Ｌを反射してその瞳の方向へ偏向するので、観察者の観察眼の網膜上には、液晶表示素子２１の表示画面の像が、色滲み無く結像する。
また、本アイグラスディスプレイは、往復のための折り返し反射面１１ｂと、２つの第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’を有したマルチミラー１２ａを用いたので、射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度ムラは殆ど生じない。【００６２】
また、マルチミラー１２ａは外界光束に対し一様な特性を示すので、射出瞳Ｅに入射する外界光束にも輝度ムラは生じない。
また、本アイグラスディスプレイの射出瞳Ｅに入射する外界光束の輝度分布は、マルチミラー１２ａの単位形状の配置密度には何ら関係しないので、その単位形状を或る程度大きくし、マルチミラー１２ａの形状をシンプル化したとしても、かつ射出瞳Ｅ上の外界光束の輝度は均一に保たれる。【００６３】
また、本アイグラスディスプレイは、マルチミラー１２ａの形成箇所が基板１２の観察者側の面１２−２なので、その基板１２の外界側の面１２−１の曲面形状（図８※２参照）を自由に設定できる。このため、視度補正の自由度が高くなっている。
例えば、液晶表示素子２１の表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正と、外界の像に対する観察眼の視度補正とをそれぞれ独立に行うことも可能である。【００６４】
（第１実施形態の変形例）
なお、液晶表示素子２１の光源が、ＬＥＤなどの狭帯域なスペクトル特性を有する場合や、特定の偏光成分のみから成る場合には、設計時にこれを考慮して、第１反射透過面１２ａ−１，第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の波長又は偏光方向に対する反射特性が最適化されてもよい。【００６５】
また、本アイグラスディスプレイにおいては、表示光束Ｌの反射面１１ａへの入射角度θ0＝３０°，基板１１の厚さｄ＝Ｌ0tanθ0とした。このとき、内面反射時の表示光束Ｌの幅Ｌiは、基板１１への入射時の表示光束Ｌの径Ｌ0の２倍となり、基板１１の外界側の面１１−１における表示光束Ｌの各入射領域、及び基板１１の観察者側の面１１−２における表示光束Ｌの各入射領域は、何れも隙間無く連続して並ぶ。しかし、それらのパラメータは、これに限定されることなく、アイグラスディスプレイの用途や仕様に応じて適宜設定されることが望ましい。【００６６】
例えば、図９（ａ）に示すように、基板１１の外界側の面１１−１における表示光束Ｌの各入射領域、及び基板１１の観察者側の面１１−２における表示光束Ｌの各入射領域を不連続にしてもよい。
また、図９（ｂ）に示すように、対物レンズ２２及び液晶表示素子２１の光軸を、基板１１の法線に対し傾斜させてもよい。その場合、表示光束Ｌの径を大きくすることなく反射面１１ａに対する実効入射角を大きくし、かつ基板１１の厚さを増やさずに、内面反射時の表示光束Ｌの幅Ｌiを十分に大きくすることができる。【００６７】
また、本アイグラスディスプレイは、観察眼を観察者の右眼に設定し、画像導入ユニット２による表示光束Ｌの導入箇所をその観察眼の右方に設定したが、観察眼を観察者の左眼とし、かつ導入箇所を観察眼の左方とする場合には、各反射面の配置関係を左右反転させればよい。
［第２実施形態］
以下、図１０、図１１に基づき本発明の第２実施形態を説明する。【００６８】
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。ここでは、第１実施形態のアイグラスディスプレイとの相違点についてのみ説明する。
相違点は、折り返し反射面１１ｂが省略され、かつマルチミラー１２ａに代えてマルチミラー１２ａ’が備えられた点にある。
マルチミラー１２ａ’の形成箇所は、図１０（ａ）に示すように、第１実施形態のマルチミラー１２ａと同じく基板１２の観察者側の面１２−２である。【００６９】
マルチミラー１２ａ’は、図１０（ｂ）に拡大して示すように、マルチミラー１２ａにおいて、第２反射透過面１２ａ−２’を省略し、その分だけ第２反射透過面１２ａ−２を密に配置したものに相当する。
折り返し反射面１１ｂが省略されたので、表示光束Ｌは、基板１１の内部を往復することは無い。よって、表示光束Ｌは、第１実施形態における往路進行中と同様に振る舞う。【００７０】
また、マルチミラー１２ａ’の表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20に対する作用は、第１実施形態の往路進行中の作用（図６（ａ）参照）と同様である。
このようなアイグラスディスプレイも、第１実施形態のアイグラスディスプレイと略同様、構成がシンプルであるにも拘わらず、大きな射出瞳Ｅを確保することができる。
（第２実施形態の変形例）
但し、本アイグラスディスプレイでは、射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌに以下の２種類の輝度ムラが残る。【００７１】
第１に、表示光束Ｌは、基板１１の内部を往復することは無いため、射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌには段階的な輝度ムラが生じる。
第２に、図１１に拡大して示すとおり、第２反射透過面１２ａ−２のうち、第１反射透過面１２ａ−１から離れた側の略半分の領域Ｂは、観察者から見て右側に隣接する第２反射透過面１２ａ−２の陰になる。この陰があると、領域Ｂに到達する表示光束Ｌの光量が、領域Ａに到達する表示光束Ｌの光量よりも少なくなるので、領域Ｂから射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌの光量は、領域Ａから射出瞳Ｅに向かう表示光束の光量よりも少なくなる。このため、周期的な輝度ムラが生じる。【００７２】
周期的な輝度ムラを回避する方法としては、マルチミラー１２ａ’の単位形状を高密度に配置することが挙げられる。観察眼の瞳径（約６ｍｍ）と同サイズ内に、数周期〜１０周期程度配置できれば、周期的な輝度ムラは生じるものの観察眼に与える違和感は殆ど無い。
周期的な輝度ムラをさらに確実に回避する方法としては、第２反射透過面１２ａ−２のうち、第１反射透過面１２ａ−１に近い側の領域Ａの反射率ＲＡと、第１反射透過面１２ａ−１から遠い側の領域Ｂの反射率ＲＢとの比を、１：２にすることが挙げられる。この場合、領域Ａを透過した表示光束Ｌが領域Ｂに入射するので、周期的な輝度ムラは略無くなる。【００７３】
なお、比は、完全に１：２にするのではなく、領域Ａにて反射した表示光束Ｌと領域Ｂにて反射した表示光束Ｌとの射出瞳Ｅ上での輝度が完全に均一になるよう、それら反射光の光路の差異などに応じて調整されることが望ましい。また、マルチミラー１２ａ’の単位形状を高密度に配置することを組み合わせれば、さらに効果が高まる。
段階的な輝度ムラを回避する方法としては、マルチミラー１２ａ’の表示光束Ｌに対する偏向効率に対し分布を付与することが挙げられる。【００７４】
仮に、マルチミラー１２ａ’の偏向効率を一様に２５％、マルチミラー１２ａにおける表示光束Ｌの入射領域を入射順にＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，・・・とすると、各領域から射出瞳Ｅ上に入射する表示光束Ｌの輝度は、次のとおりとなる。
ＥＡ：２５％，ＥＢ：１８．７５％，ＥＣ：１４．０６２５％，・・・
これらの輝度の相違が、段階的な輝度ムラの原因である。【００７５】
そこで、マルチミラー１２ａ’の偏向効率に分布を付与する際、図１２に示すとおり各入射領域の偏向効率を、次のとおりに設定する。ここでは、マルチミラー１２ａにおいて射出瞳Ｅに対向する領域に対し表示光束Ｌが入射する回数の総数を４とした。
ＥＡ：２５％，ＥＢ：３３．３％，ＥＣ：５０％，ＥＤ：１００％
このような分布を付与すると、射出瞳Ｅに入射する表示光束Ｌの輝度は、入射当初の表示光束Ｌの２５％分の輝度に均一化される。また、最後の入射領域の偏向効率を１００％に設定したことで、迷光の発生が防止される。【００７６】
なお、マルチミラー１２ａ’の偏向効率に分布を付与するためには、第２反射透過面１２ａ−２の反射率に対し同様の分布を付与するか、或いは、第１反射透過面１２ａ−１の透過率に対し同様の分布を付与すればよい。
但し、マルチミラー１２ａ’の偏向効率に分布を付与すると、外界から観察者側に入射する外界光束に対するマルチミラー１２ａの透過率が非一様になる可能性があり、その場合、射出瞳Ｅに入射する外界光束に輝度ムラが生じることを許容しなければならない。【００７７】
［第３実施形態］
以下、図１３、図１４に基づき本発明の第３実施形態を説明する。
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。ここでは、第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
相違点は、マルチミラー１２ａ’に代えてマルチミラー１２ａ”が備えられた点にある。【００７８】
マルチミラー１２ａ”の形成箇所は、図１３に示すように、基板１３の外界側の面１３−１である。
これに伴い、反射透過面１３ａ（エアギャップと同等の働きをする光学多層膜）の形成箇所は、基板１２の観察者側の面１２−２となる。
次に、マルチミラー１２ａ”の構成を説明する。【００７９】
マルチミラー１２ａ”も、マルチミラー１２ａ’と同様、図１４に示すように、第１反射透過面１２ａ−１，第２反射透過面１２ａ−２からなる。
但し、第２反射透過面１２ａ−２と基板１３の法線とが成す角度は、３０°に設定される。
また、第２反射透過面１２ａ−２は、６０°近傍（４０°〜８０°）の入射角度で入射する光に対して反射透過性を有している。【００８０】
なお、設計時、第１反射透過面１２ａ−１，第２反射透過面１２ａ−２の反射透過率の角度特性は、内面反射の回数、射出瞳Ｅに入射する外界光束と表示光束との強度のバランス（シースルー性）などを考慮して最適化される。
次に、基板１１内を伝播する表示光束Ｌに対するマルチミラー１２ａ”の作用を説明する。ここでは、中心画角の表示光束（θi＝６０°）Ｌ、周辺画角の表示光束（θi＝４０°）Ｌ-20、周辺画角の光束（θi＝８０°）Ｌ+20に対する作用を代表して説明する。【００８１】
図１４に示すように、６０°近傍（４０°〜８０°）の入射角度で基板１１を内面反射する表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、何れも基板１１と第１反射透過面１２ａ−１との境界面において全反射せずに、その一部が第１反射透過面１２ａ−１を透過し、基板１３の内部に進入する。
進入した表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20は、第２反射透過面１２ａ−２に対し６０°近傍（４０°〜８０°）の入射角度でそれぞれ入射する。第２反射透過面１２ａ−２に入射した表示光束Ｌ，Ｌ-20，Ｌ+20の一部は、第２反射透過面１２ａ−２にて反射し、基板１３を介して外部に射出する。【００８２】
すなわち、本アイグラスディスプレイも、第２実施形態のアイグラスディスプレイと同様の効果が得られる。
（第３実施形態の変形例）
なお、本実施形態では、第２実施形態のアイグラスディスプレイにおいてマルチミラーの形成箇所を変更した例を示したが、第１実施形態のアイグラスディスプレイにおいても、マルチミラーの形成箇所を同様に変更することができる。【００８３】
その場合、マルチミラー１２ａの第２反射透過面１２ａ−２と基板１３の法線とが成す角度、及び第２反射透過面１２ａ−２’と基板１３の法線とが成す角度は、それぞれ３０°に設定される。
［その他の各実施形態］
なお、第１反射透過面１２ａ−１，第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の一部又は全部には、光学多層膜の他、金属膜や微小回折光学面（ホログラム面など）などを適用することもできる。【００８４】
また、図１５（ａ）に示すように、第１実施形態のマルチミラー１２ａの全体に代えて、そのマルチミラー１２ａの全体と同様の作用をする回折光学面（ホログラム面など）３２ａを用いてもよい。図１５（ａ）には、基板１１内を内面反射する表示光束Ｌと、回折光学面３２ａにより偏向され射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌとを矢印で示した。なお、回折光学面３２ａを用いた場合、射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌは、回折光学面３２ａにて生じた回折光である（なお、ホログラム面のアイグラスディスプレイへの適用例としては、こちらが望ましい。）。【００８５】
また、図１５（ｂ）に示すように、第２実施形態のマルチミラー１２ａ’に代えて、そのマルチミラー１２ａ’と同様の作用をする回折光学面（ホログラム面など）３２ａ’を用いてもよい。図１５（ｂ）には、基板１１内を内面反射する表示光束Ｌと、回折光学面３２ａ’により偏向され射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌとを矢印で示した。なお、回折光学面３２ａ’を用いた場合、射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌは、回折光学面３２ａ’で生じた回折光である。【００８６】
また、図１５（ｃ）に示すように、第３実施形態のマルチミラー１２ａ”に代えて、そのマルチミラー１２ａ’と同様の作用をする回折光学面（ホログラム面など）３２ａ”を用いてもよい。図１５（ｃ）には、基板１１内を内面反射する表示光束Ｌと、回折光学面３２ａ”により偏向され射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌとを矢印で示した。なお、回折光学面３２ａ”を用いた場合、射出瞳Ｅに向かう表示光束Ｌは、回折光学面３２ａ”で生じた回折光である。【００８７】
なお、これらの回折光学面は、例えば、平面の樹脂フィルム上又は光学ガラス基板上に形成された体積型ホログラム素子の表面や、位相型ホログラム素子の表面などである。
また、回折光学面の設計時、その回折効率の角度特性は、内面反射の回数、射出瞳Ｅに入射する外界光束と表示光束との強度のバランス（シースルー性）などを考慮して最適化される。【００８８】
また、各実施形態のアイグラスディスプレイの視度補正の方法としては、上述した方法（図８参照）の他にも、例えば、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）の何れかに示す方法などが挙げられる。
図１６（ａ）に示す方法は、基板１２の観察者側の面１２−２にマルチミラー１２ａが形成されたときに適用可能な方法である。基板の枚数は、基板１２と基板１１との２枚のみに抑えられている。このとき、エアギャップと同等の働きをする反射透過面１３ａは、不要となる。【００８９】
この方法では、表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正は、対物レンズ２２の光軸方向の位置の最適化（図１６（ａ）※１）のみによって行われる。外界の像に対する観察眼の視度補正は、基板１２の外界側の面１２−１の曲面形状の最適化（図１６（ａ）※２）のみによって行われる（対物レンズ２２の位置の代わりに液晶表示素子２１の位置や対物レンズ２２の焦点距離を最適化してもよい。）。【００９０】
図１６（ｂ）に示す方法は、基板１３の外界側の面１３−１にマルチミラー１２ａ”が形成されたときに適用可能な方法である。
この方法では、表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正は、対物レンズ２２の光軸方向の位置（図１６（ｂ）※１）と、基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状との組み合わせの最適化によって行われる。外界の像に対する観察眼の視度補正は、基板１２の外界側の面１２−１の曲面形状（図１６（ｂ）※２）と、基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状（図１６（ｂ）※３）との組み合わせの最適化によって行われる（対物レンズ２２の位置の代わりに液晶表示素子２１の位置や対物レンズ２２の焦点距離を最適化してもよい。）。【００９１】
図１６（ｃ）に示す方法は、基板１３の外界側の面１３−１にマルチミラー１２ａ”が形成されたときに適用可能な方法である。基板の枚数は、基板１１と基板１３との２枚のみに抑えられている。このとき、エアギャップと同等の働きをする反射透過面１３ａは、不要となる。
この方法では、表示画面の虚像に対する観察眼の視度補正、及び外界の像に対する観察眼の視度補正は、基板１３の観察者側の面１３−２の曲面形状（図１６（ｂ）※３）のみによって行われる。【００９２】
また、幾つかの実施形態では反射透過面１３ａが用いられたが、その反射透過面１３ａの代わりに、それと同じ位置にエアギャップを設けてもよい。但し、画像表示光学系１の強度が高められる点においては反射透過面１３ａを適用する方が望ましい。
また、各実施形態のアイグラスディスプレイは、２枚又は３枚の基板からなるので、何れかの基板に、予め着色した素子、又は紫外線によって着色するフォトクロミック素子、又は通電によって着色するエレクトロクロミック素子、その他の透過率が変化する素子を適用してもよい。【００９３】
このような素子を適用すると、観察眼に入射する外界光束の輝度を弱めたり、肉眼に有害な紫外線・赤外線・レーザ光線などの影響を弱めたり遮断したりする機能（サングラスやレーザ防護眼鏡の機能）をアイグラスディスプレイに搭載することができる。
また、外界光束を遮光／開放する遮光マスク（シャッター）などの機構を設け、観察者が必要に応じて表示画面に没入できるようアイグラスディスプレイを構成することもできる。【００９４】
また、各実施形態のアイグラスディスプレイは、表示画面の虚像を片眼（右眼）のみに表示するよう構成されているが、左右両方に対し表示するよう構成することもできる。また、左右の表示画面にステレオ画像を表示すれば、アイグラスディスプレイを立体視ディスプレイとして使用することができる。
また、各実施形態のアイグラスディスプレイは、シースルー型に構成されているが、非シースルー型に構成されてもよい。その場合、偏向光学部（マルチミラーや回折光学面など）の外界光束に対する透過率を０に設定すればよい（マルチミラーの場合、第２反射透過面１２ａ−２，第２反射透過面１２ａ−２’の透過率を０に設定すればよい。）。【００９５】
また、各実施形態のアイグラスディスプレイにおいて、表示光束Ｌの偏光方向をｓ偏光に限定してもよい。ｓ偏光に限定するには、液晶表示素子２１として偏光したものを用いてその配置を最適化するか、或いは、液晶表示素子２１の前面に位相板を設置すると共に、この位相板を調整すればよい。
表示光束Ｌがｓ偏光に限定されれば、アイグラスディスプレイの各光学面に対し前述した各特性を付与することが容易になる。光学面に光学多層膜を用いる場合には、その光学多層膜の膜構成がシンプルになる。【００９６】
また、各実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態であるが、アイグラスディスプレイの光学系部分（画像表示光学系、図１の符号１など）は、アイグラスディスプレイ以外の光学機器にも適用可能である。例えば、画像表示光学系１は、図１７に示すように、携帯電話などの携帯機器のディスプレイに適用されてもよい。また、図１８に示すように、観察者の前方に大画面で虚像を表示するプロジェクタに適用されてもよい。【００９７】
［第１実施形態の変形例］
以下、図１９、図２０、図２１を参照して第１実施形態の変形例（第１変形例、第２変形例、第３変形例、第４変形例、第５変形例、第６変形例）を説明する。
ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。
相違点は、折り返し反射面１１ｂにある。【００９８】
先ず、第１実施形態の折り返し反射面１１ｂの作用を図１９に基づき説明する。
図１９（ａ），（ｂ）は、第１実施形態の折り返し反射面１１ｂの作用を説明する図である。図１９（ａ），（ｂ）において、Ｌで示すのが、表示光束である。なお、図１９に示した折り返し反射面１１ｂの姿勢は、図３に示した折り返し反射面１１ｂの姿勢と異なるが、以下に説明する作用は同じである。【００９９】
第１実施形態の折り返し反射面１１ｂの法線方向は、基板１１内を内面反射する画角中心の表示光束Ｌの一部の伝搬方向に一致しているので、その表示光束Ｌの一部の光路を折り返す。また、画角周辺の表示光束であっても、その伝搬方向がそれと近いものは、同様に光路が折り返される。よって、以下では、画角中心の表示光束Ｌを主として説明する。
ところで、表示光束Ｌには或る一定の太さがあり、かつ基板１１は或る程度の薄さに形成される。このため、折り返し反射面１１ｂは、表示光束Ｌの全体の光路を折り返すことはできない。【０１００】
図１９では、画角中心の表示光束Ｌを構成する各光束を代表して、２つの軸上光線をＬ１（細実線），Ｌ２（細点線）で示した。図１９に示した例では、折り返し反射面１１ｂは、光線Ｌ１に代表される光束の光路を折り返すことができるが、光線Ｌ２に代表される光束の光路を折り返すことはできない。
なぜなら、光線Ｌ１は、面１１−２において内面反射した直後に折り返し反射面１１ｂに入射するので「垂直入射」になるのに対し、光線Ｌ２は、面１１−１において内面反射し直後に折り返し反射面１１ｂに入射するので「非垂直入射」になっている。【０１０１】
このとき、光線Ｌ２は、折り返し反射面１１ｂにて図１９（ｂ）に示すように非折り返し方向に反射され、基板１１の外部へ射出してしまう。このように射出した光線Ｌ２は、観察眼にとっての迷光となる可能性がある。
因みに、基板１１の面１１−１又は面１１−２に対する表示光束Ｌの入射角度θiと、折り返し反射面１１ｂと基板１１の法線との成す角度θMとの関係は、次式（３）のとおりである。【０１０２】
θM＝９０°−θi  ・・・（３）
よって、光線Ｌ２の折り返し反射面１１ｂに対する入射角度θ’は、次式（４）のとおり表される。
θ’＝２θM＝２（９０°−θi）  ・・・（４）
例えば、第１実施形態の説明と同様に、θi＝６０°とおくと、θM＝３０°なので、θ’＝６０°である。【０１０３】
次に、各変形例を説明する。
各変形例では、迷光の原因を無くすために、折り返し反射面を１つ追加する。
図２０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、第１変形例、第２変形例、第３変形例、第４変形例，第５変形例を示す図である。図２１は、第２変形例、第３変形例、第４変形例、第５変形例をさらに変形してできる第６変形例を示す図である。以下、これらを順に説明する。【０１０４】
（第１変形例）
第１変形例では、図２０（ａ）に示すように、折り返し反射面１１ｂ、１１ｂ’が配置される。
先ず、折り返し反射面１１ｂの法線方向は、光線Ｌ１の進行方向に一致している。
折り返し反射面１１ｂの反射率の角度特性は、少なくとも垂直近傍（０°近傍）〜角度θ’近傍の広い範囲にわたり高い反射率を示すものである。【０１０５】
よって、折り返し反射面１１ｂは、光線Ｌ１に代表される光束の光路を折り返し、光線Ｌ２に代表される光束を非折り返し方向に反射する。
一方、折り返し反射面１１ｂ’の配置箇所は、折り返し反射面１１ｂが反射した光線Ｌ２の光路（光線Ｌ２に代表される光束の光路）である。
折り返し反射面１１ｂ’の法線方向は、光線Ｌ２の進行方向に一致している。【０１０６】
折り返し反射面１１ｂ’の反射率の角度特性は、少なくとも垂直近傍（０°近傍）で高い反射率を示すものである。
よって、折り返し反射面１１ｂ’は、光線Ｌ２に代表される光束の光路を折り返す。
以上の結果、本変形例によれば、表示光束Ｌの光路は第１実施形態のそれよりも確実に折り返される。したがって、迷光の原因が抑えられる。【０１０７】
因みに、上記した特性の折り返し反射面１１ｂ，１１ｂ’には、銀、アルミニウムなどの金属膜、又は誘電体多層膜などの一般的な反射膜を適用できる。また、折り返し反射面１１ｂ，１１ｂ’には、その反射膜と同様の特性のホログラム面を適用することもできる。
また、θi＝６０°のとき、折り返し反射面１１ｂ’の法線方向は、基板１１の法線方向と一致するので、図２０（ａ）に示すように、基板１１の一方の面１１−２の一部の領域に反射膜を設け、それを折り返し反射面１１ｂ’とすることができる。【０１０８】
また、折り返し反射面１１ｂ’のサイズは、折り返し反射面１１ｂの面１１−２への射影と同じだけ確保されれば十分であり、アイグラスディスプレイのシースルー性を損なわないよう必要最小限に抑えられることが望ましい。
（第２変形例）
第２変形例では、図２０（ｂ）に示すように、折り返し反射面１１ｂ”、１１ｂが配置される。【０１０９】
折り返し反射面１１ｂ”の姿勢は、第１変形例の折り返し反射面１１ｂのそれと同じである。
折り返し反射面１１ｂ”の反射透過率の角度特性は、光線Ｌ１及びそれと同じ行程をたどって反射してきた画角周辺の光束に対し十分に高い反射率を示すものである。また、他の角度範囲、少なくとも光線Ｌ２及びそれと同じ行程をたどって反射してきた画角周辺の光束に対して（少なくともそれら光束が折り返し反射面１１ｂ”に入射する角度において）は、十分に高い透過率を示すものである。【０１１０】
つまり、折り返し反射面１１ｂ”の反射透過率の角度特性は、垂直近傍（０°近傍）で高い反射率を示すと共に、角度θ’の近傍で高い透過率を示すものである。
よって、折り返し反射面１１ｂ”は、光線Ｌ１に代表される光束の光路を折り返すと共に、光線Ｌ２に代表される光束を透過する。
一方、折り返し反射面１１ｂの配置箇所は、折り返し反射面１１ｂ”を透過した光束（光線Ｌ２に代表される光束）の光路中にある。【０１１１】
折り返し反射面１１ｂの法線方向は、光線Ｌ２の進行方向に一致している。因みに、このとき、折り返し反射面１１ｂの傾斜方向と折り返し反射面１１ｂ”の傾斜方向とは反対になり、基板１１の法線との成す角度は、それぞれθMになる。
折り返し反射面１１ｂの反射率の角度特性は、上記第１変形例の折り返し反射面１１ｂのそれと同じである。【０１１２】
よって、折り返し反射面１１ｂは、光線Ｌ２に代表される光束の光路を折り返す。
以上の結果、本変形例によれば、第１変形例と同様の効果が得られる。
因みに、上述した特性の折り返し反射面１１ｂ”には、誘電体多層膜やホログラム面を適用することができる。
また、折り返し反射面１１ｂ”と折り返し反射面１１ｂとの間隔は、アイグラスディスプレイを小型にするため、なるべく小さくすることが好ましい。因みに、間隔が大きくなると、射出瞳の左右方向の位置による垂直視野角（紙面に垂直な方向の視野角）のばらつきが大きくなるので、そのばらつきを抑えるためにも間隔は小さい方が好ましい。【０１１３】
（第３変形例）
第３変形例は、図２０（ｃ）に示すように、第２変形例の折り返し反射面１１ｂと折り返し反射面１１ｂ”との傾斜方向を反対にしたものである。
折り返し反射面１１ｂ”の反射透過率の角度特性は、光線Ｌ２及びそれと同じ行程をたどって反射してきた画角周辺の光束に対し、十分に高い反射率を示すものである。また、他の角度範囲、少なくとも光線Ｌ１及びそれと同じ行程をたどって反射してきた画角周辺の光束に対して（少なくともそれら光束が折り返し反射面１１ｂ”に入射する角度において）は、十分に高い透過率を示すものである。【０１１４】
なお、この折り返し反射面１１ｂ”の構成は、第２変形例での折り返し反射面１１ｂ”のそれと同じでよい。なぜならば、第３変形例の折り返し反射面１１ｂ”と光線Ｌ２との関係は、第２変形例の折り返し反射面１１ｂ”と光線Ｌ１との関係と同じ（つまり入射角度０°の関係）であり、かつ、画角中心の光線に対し画角周辺の光線の成す角度は、第２変形例と第３変形例との間で同じだからである。【０１１５】
したがって、折り返し反射面１１ｂ”は、光線Ｌ２に代表される光束の光路を折り返し、光束Ｌ１に代表される光束を透過する。
折り返し反射面１１ｂは、折り返し反射面１１ｂ”を透過した光束（光束Ｌ１に代表される光束）の光路を折り返す。
以上の結果、本変形例によれば、上記各変形例と同様の効果が得られる。【０１１６】
なお、折り返し反射面１１ｂと折り返し反射面１１ｂ”との間隔は、アイグラスディスプレイを小型にするために、なるべく小さくすることが好ましい。因みに、間隔が大きくなると、射出瞳の左右方向の位置による垂直視野角（紙面に垂直な方向の視野角）のばらつきが大きくなるので、そのばらつきを抑えるためにも間隔は小さい方が好ましい。
（第４変形例）
第４変形例では、図２０（ｄ）に示すように、傾斜方向が反対の２枚の折り返し反射面１１ｂ”が交差して基板内１１に配置される。【０１１７】
２枚の折り返し反射面１１ｂ”の反射透過率の角度特性は、上記各変形例の折り返し反射面１１ｂ”のそれと同じである。
よって、一方の折り返し反射面１１ｂ”は、光線Ｌ１に代表される光束の光路を折り返し、光束Ｌ２に代表される光束を透過する。
また、他方の折り返し反射面１１ｂ”は、光線Ｌ２に代表される光束の光路を折り返し、光束Ｌ１に代表される光束を透過する。【０１１８】
以上の結果、本変形例によれば、上記各変形例と同様の効果が得られる。
なお、２枚の折り返し反射面１１ｂ”の交差点は、基板１１の厚さ方向の中点である必要はない。
（第５変形例）
第５変形例では、図２０（ｅ）に示すように、折り返し反射面１１ｂ”、１１ｂが配置される。【０１１９】
折り返し反射面１１ｂ”の姿勢は、第２変形例の折り返し反射面１１ｂ”のそれと同じである。
折り返し反射面１１ｂ”の反射透過率の角度特性は、上記各変形例の折り返し反射面１１ｂ”のそれと同じである。
よって、折り返し反射面１１ｂ”は、光線Ｌ１に代表される光束の光路を折り返すと共に、光線Ｌ２に代表される光束を透過する。【０１２０】
一方、折り返し反射面１１ｂの配置箇所は、折り返し反射面１１ｂ”を透過した後に内面反射を奇数回（好ましくは１回）行った光束（光線Ｌ２に代表される光束）の光路である。
折り返し反射面１１ｂの法線方向は、光線Ｌ２の進行方向に一致している。このとき、折り返し反射面１１ｂの姿勢は、折り返し反射面１１ｂ”の姿勢と同じになる。【０１２１】
折り返し反射面１１ｂの反射率の角度特性は、上記各変形例の折り返し反射面１１ｂのそれと同じである。
よって、折り返し反射面１１ｂは、光線Ｌ２に代表される光束の光路を折り返す。
以上の結果、本変形例によれば、上記各変形例と同様の効果が得られる。
（変形例の補足）
なお、以上説明した各変形例の各折り返し反射面の左右方向の位置は、基本的に任意であるが、加工や組み立ての条件を勘案して最適なものが選定されることが望ましい。【０１２２】
また、表示光束Ｌの波長が特定の波長成分に限定されているとき（アイグラスディスプレイの液晶表示素子２１の光源が、ＬＥＤなどの狭帯域なスペクトル特性を有する場合）には、前述した折り返し反射面１１ｂ”は、少なくともその特定の波長成分に対し前記特性を示せばよい。このように表示光束Ｌの波長成分が限定されていれば、折り返し反射面１１ｂ”に用いられる反射膜の設計の自由度が高まる。【０１２３】
また、表示光束Ｌが特定の偏光成分に限定されているとき（アイグラスディスプレイの液晶表示素子２１の光源が特定の偏光成分に限定されているとき）には、前述した折り返し反射面１１ｂ”は、少なくともその特定の偏光成分に対し前記特性を示せばよい。このように表示光束Ｌの偏光成分が限定されていれば、折り返し反射面１１ｂ”に用いられる反射膜の設計の自由度が高まる。【０１２４】
特に、表示光束Ｌの偏光成分がｓ偏光に限定されている場合、第２変形例、第３変形例、第４変形例、第５変形例はさらに変形され、第６変形例のような構成にされることが望ましい。
（第６変形例）
第６変形例では、図２１（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、表示光束Ｌが最初に入射する折り返し反射面１１ｂ”の表面にλ／２板１１ｃが設けられる。なお、図２１では、その形成箇所をわかりやすくするため、λ／２板１１ｃを若干ずらして表した。【０１２５】
このλ／２板１１ｃによると、折り返し反射面１１ｂ”に入射する光束の偏光方向が全てｐ偏光成分になる。
そして、折り返し反射面１１ｂ”の反射透過率の角度特性は、角度θ’の近傍のｐ偏光成分の光束を透過し、垂直近傍（０°近傍）の光束を反射するものに設定される。
このような折り返し反射面１１ｂ”として用いられる反射膜の設計の自由度は、高い。【０１２６】
したがって、λ／２板１１ｃを使用する本変形例によれば、反射膜の設計の自由度が確実に高まる。
【実施例１】
【０１２７】
以下、本発明の第１実施例を説明する。
本実施例は、光学多層膜からなる反射透過面１３ａの実施例である。なお、この反射透過面１３ａは、表示光束Ｌがｓ偏光に限定されたときに適用されるものである。
この反射透過面１３ａの構成は、以下のとおり表される。ここでは、構成を表すために１単位となる層群に括弧を付けて列記する。【０１２８】
基板/(0.3L0.27H0.14L)k1・(0.155L0.27H0.155L)k2・（0.14L0.27H0.3L）k3/基板
なお、基板の屈折率は、１．７４とした。また、各層群におけるＨは高屈折率層（屈折率２．２０）、Ｌは低屈折率層（屈折率１．４８）、各層群の右上付き文字ｋ１，ｋ２，ｋ３は各層群の積層回数（ここでは何れも１）、各層の前に付けた数字は各層の波長７８０ｎｍの光に対する光学膜厚（ｎｄ／λ）である。【０１２９】
この反射透過面１３ａの反射率の波長特性は、図２２，図２３に示すとおりである。
図２２は、垂直入射する光（入射角度０°）に対する波長特性、図２３は、６０°入射する光（入射角度６０°）に対する波長特性である。なお、図２２，図２３においてＲｓはｓ偏光に対する特性、Ｒｐはｐ偏光に対する特性、Ｒａはｓ偏光とｐ偏光とに対する平均的特性である。【０１３０】
図２２に示すとおり、垂直入射する光に対しては可視光領域全体（４００〜７００ｎｍ）で反射率は平均数％に抑えられている。
図２３に示すとおり、６０°入射するｓ偏光に対しては可視光領域全体（４００〜７００ｎｍ）で反射率は約１００％得られている。
なお、この反射透過面１３ａの構成をモデル化（一般化）すると以下のとおりである。【０１３１】
基板/（マッチング層群Ｉ）k1・（反射層群）k2・（マッチング層群II）k3/基板
各層群は、低屈折率層Ｌ・高屈折率層Ｈ・低屈折率層Ｌを積層してなり、６０°入射で反射率が増大するよう設定されている。中央の層群である反射層群は、垂直入射時に反射を発生させる傾向にあるため、この反射を抑える目的でマッチング層群Ｉ，IIの各層の膜厚が最適化調整されている。【０１３２】
設計時には、光の入射角や基板の屈折率などに応じて、このモデルの各層群の積層回数ｋ１，ｋ２，ｋ３を増減したり、マッチング層群Ｉ，IIの各層の膜厚を調整したりすればよい。
また、一方の基板と反射透過面１３ａとの間の関係と、他方の基板と反射透過面１３ａとの間の関係が互いに異なる場合（２つの基板の屈折率が異なったり、一方の基板との間に接着剤層が介在するときなど）には、マッチング層群Ｉ，IIの積層回数及び各層の膜厚を個別に調整すればよい。【０１３３】
また、本実施例の反射透過面１３ａはｓ偏光に対し或る特性を得るものだが、仮に、ｓ偏光とｐ偏光との両光に対し同様の特性を得ようとした場合には、反射透過面１３ａを次のとおり変形するとよい。
図２３に示すとおり、本実施例の反射透過面１３ａは、ｐ偏光に対しては可視光領域の一部でしか反射率が得られていないので、前記した各層群とは中心波長（反射率が最大となる波長）のずれた１又は複数の層群を、上記構成に対し連結すればよい。このようにすれば、ｓ偏光に対してだけでなくｐ偏光に対しても可視光領域の全体で反射率を得ることができる。
【実施例２】
【０１３４】
以下、本発明の第２実施例を説明する。
本実施例は、光学多層膜からなる第１反射透過面１２ａ−１の実施例である。なお、この第１反射透過面１２ａ−１は、表示光束Ｌがｓ偏光に限定されたときに適用されるものである。
この第１反射透過面１２ａ−１の基本構成は、以下のとおり表される。【０１３５】
基板/(0.5Ｌ0.5H)k1・A(0.5L0.5H)k2/基板
なお、基板の屈折率は、１．５４とした。また、各層群におけるＨは高屈折率層（屈折率１．６８）、Ｌ：低屈折率層（屈折率１．４８）、各層群の右上付き文字ｋ１，ｋ２は各層群の積層回数、各層の前に付けた数字は各層の波長４３０ｎｍの光に対する光学膜厚（ｎｄ／λ）、第２層群の前に付けた文字Ａは第２層群の膜厚を補正する補正係数である。【０１３６】
この基本構成においては、第１の層群、第２の層群共に可視光内外の適当な波長で光学膜厚が０．５λであり、このような膜厚の層は中心波長において膜が存在しない場合と略同じ反射率を示す。さらに高屈折率層Ｈ、低屈折率層Ｌのどちらの屈折率も基板のそれと大きく相違しないので、垂直入射時の界面でのフレネル反射も小さい。したがって、垂直入射する光については殆ど反射しない。【０１３７】
一方、入射角度θに対する基板と各層との光学的アドミッタンスは、屈折率をｎとするとｐ偏光に対してはｎｃｏｓθ、ｓ偏光に対してはｎ／ｃｏｓθで表される。つまり、ｓ偏光に対しては入射角度θの増大に応じて材料間のアドミッタンス比が増大する。よって、入射角度θの増大に応じて界面でのフレネル反射が大きくなり、結果として反射率が増大する。以上のような原理により、上記基本構成は設定されている。【０１３８】
さて、第１反射透過面１２ａ−１の反射率の波長特性を所望の特性にするためには、この基本構成の各パラメータ（ここでは、ｋ１，Ａ，ｋ２）を適宜調整すればよい。
（実施例２’）
例えば、６０°入射する光に対し可視光領域全体で平均約１５％の透過率を得るためには、ｋ１＝４，Ａ＝１．３６，ｋ２＝４とすればよい。このときの第１反射透過面１２ａ−１の構成は、以下のとおり表される。【０１３９】
基板/(0.5Ｌ0.5H)4・1.36(0.5L0.5H)4/基板
この第１反射透過面１２ａ−１の反射率の波長特性は、図２４，図２５に示すとおりである。
図２４は、垂直入射する光に対する波長特性、図２５は、６０°入射する光に対する波長特性である。なお、図２４，図２５においてＲｓはｓ偏光に対する特性、Ｒｐはｐ偏光に対する特性、Ｒａはｓ偏光とｐ偏光とに対する平均的特性である。【０１４０】
図２４に示すとおり、垂直入射する光に対しては可視光領域全体（４００〜７００ｎｍ）で反射率は約０％に抑えられている。
図２５に示すとおり、６０°入射するｓ偏光に対しては可視光領域全体（４００〜７００ｎｍ）で反射率は平均８５％（すなわち透過率は１５％）得られている。
（第２実施例−２）
また、例えば、６０°入射する光に対し可視光領域全体で平均約３０％の透過率を得るためには、ｋ１＝３，ｋ２＝３，Ａ＝１．５６とすればよい。このときの第１反射透過面１２ａ−１の構成は、以下のとおり表される。【０１４１】
基板/(0.5Ｌ0.5H)3・1.56(0.5L0.5H)3/基板
この第１反射透過面１２ａ−１の反射率の波長特性は、図２６，図２７に示すとおりである。
図２６は、垂直入射する光に対する波長特性、図２５は、６０°入射する光に対する波長特性である。なお、図２６，図２７においてＲｓはｓ偏光に対する特性、Ｒｐはｐ偏光に対する特性、Ｒａはｓ偏光とｐ偏光とに対する平均的特性である。【０１４２】
図２６に示すとおり、垂直入射する光に対しては可視光領域全体（４００〜７００ｎｍ）で反射率は約０％に抑えられている。
図２７に示すとおり、６０°入射するｓ偏光に対しては可視光領域全体（４００〜７００ｎｍ）で反射率は平均７０％（すなわち透過率は３０％）得られている。
【実施例３】
【０１４３】
以下、本発明の第３実施例を説明する。
本実施例は、金属膜からなる第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の実施例である。
金属膜は、作製容易かつ安価であるという利点がある。本実施例では、第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’としてＣｒ（クロム）を使用する。【０１４４】
この第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の３０°入射する光に対する反射率／透過率の波長特性は、図２８，図２９に示すとおりである。
図２８は、Ｃｒの膜厚を１０ｎｍとしたときの特性、図２９は、Ｃｒの膜厚を２０ｎｍとしたときの特性である。なお、図２８，図２９においてＲａは反射率、Ｔａは透過率である。【０１４５】
図２８に示すとおり、膜厚１０ｎｍとしたときには、可視光領域の透過率は平均４０％強しか得られず、反射率も平均１０％強しか得られない。このとき、外界光束は４割、表示光束Ｌに至っては１割しか射出瞳Ｅに到達できずに残りは吸収されてしまう。
図２９に示すとおり、膜厚２０ｎｍとしたときには、反射率と透過率が略等しくなるが、どちらも入射光の２０％強しか利用できていない。このように、金属膜は上述した利点がある一方で、吸収による光の損失が大きく、表示光束Ｌの光量低下とシースルー性の悪化をもたらす。
【実施例４】
【０１４６】
以下、本発明の第４実施例を説明する。
本実施例は、光学多層膜（後述の３バンドミラー又は偏光ビームスプリッタ型ミラー）からなる第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’の実施例である。なお、この第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’は、液晶表示素子２１が発光スペクトルを有していることを考慮したものである。【０１４７】
図３０に、液晶表示素子２１の発光スペクトル分布（発光輝度の波長特性）を示した。この図から判るように、この発光スペクトル分布は、概ね、６４０ｎｍ（Ｒ色），５２０ｎｍ（Ｇ色），４６０ｎｍ（Ｂ色）のそれぞれの近傍にピークを有している。
第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’はこれらの波長領域に対して主に高い反射率を有することが望ましい。また、可能ならば偏光も考慮することが望ましい。【０１４８】
そこで、本実施例では、第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’として、以下の３バンドミラー又は偏光ビームスプリッタ型ミラーを適用する。
この３バンドミラーは、上記発光スペクトルのピーク近傍の狭い波長領域の光のみを反射するものである。
この偏光ビームスプリッタ型ミラーは、上記発光スペクトルのピーク近傍の狭い波長領域の光のみを反射するものであると共に、そのうち反射の対象をｓ偏光成分のみに限定したものである。【０１４９】
先ず、３バンドミラーからなる第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’は、限られた波長領域の光のみを反射するので、表示光束Ｌの損失を抑え、表示画面の明るさを保つ。また、この第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’は、外界光束のうち限られた波長領域の光は透過できないが、その他の殆どの波長領域の光を透過するので、外界光束の損失を抑え、シースルー性を高める。【０１５０】
また、偏光ビームスプリッタ型ミラーからなる第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’は、さらに、限られた波長領域のｓ偏光成分のみを反射するので、表示光束Ｌがｓ偏光に限定されてさえいれば、表示光束Ｌの損失をさらに抑え、表示画面をさらに明るく保つ。また、この第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’は、外界光束のうち、透過できないのは、限られた波長領域のｓ偏光成分のみなので、外界光束の損失をさらに抑え、シースルー性をさらに高める。【０１５１】
３バンドミラーの３０°入射する光に対する反射率（透過率）の波長特性は、図３１に示すとおりであり、偏光ビームスプリッタ型ミラーの３０°入射する光に対する反射率（透過率）の波長特性は、図３２に示すとおりである。なお、図３１，図３２においてＲｓはｓ偏光に対する反射率、Ｒｐはｐ偏光に対する反射率、Ｒａはｓ偏光とｐ偏光とに対する平均的反射率、Ｔｓはｓ偏光に対する透過率、Ｔｐはｐ偏光に対する透過率である。【０１５２】
図３１に示すとおり、３バンドミラーによると、Ｒ色，Ｇ色，Ｂ色それぞれに対応する波長領域の光に対して反射率は約７０％得られている。
なお、図３１に示すデータは、特定の波長領域の光のみを反射し他を透過する多層膜（マイナスフィルタと呼ばれる）のデータをＲ色，Ｇ色，Ｂ色の各色について用意し、かつそれらを計算機上で積層し、さらに全体の層構成を最適化設計したものである。【０１５３】
図３２に示すとおり、偏光ビームスプリッタ型ミラーは、ピーク反射率の高さの拡大よりも波長領域の幅の拡大が図られ、表示光束Ｌのトータルの光量が確保されている。なぜなら、３０°の入射角度でｓ偏光の反射率を高めると、それに伴いｐ偏光の反射率も増大するからである。一方、より大きな入射角では、ｓ偏光の反射率を略１００％にしながらｐ偏光の透過率を確保できる。よって、この偏光ビームスプリッタ型ミラーを第２反射透過面としてマルチミラーに適用すると、そのマルチミラーの構成によっては非常に効果的な偏向特性が得られることになる。【０１５４】
なお、図３２に示すデータは、特定の波長領域のｓ偏光のみを反射し他を透過する偏光ビームスプリッタ型ミラーのデータをＲ色，Ｇ色，Ｂ色の各色について用意し、かつそれらを計算機上で積層し、さらに全体の層構成を最適化設計したものである。
【実施例５】
【０１５５】
以下、本発明の第５実施例を説明する。
本実施例は、各実施形態で用いられる各ホログラム面の形成方法の実施例である。
基本的には、ホログラム感光材料を用意し、参照光と物体光とを、ホログラム感光材料の垂直方向と角度θとから入射させて、Ｒ色，Ｇ色，Ｂ色の３波長で多重露光を行う。
この角度θは、高い回折効率で反射すべき光の入射角度と等しく設定される。このホログラム感光材料を現像・漂白する。【０１５６】
このようにしてできたホログラム感光材料を、所望の面に貼り合わせれば、その面をホログラム面として利用できる。
また、２つの第２反射透過面１２ａ−２，１２ａ−２’を有したマルチミラー１２ａ（図６等参照）と同じ機能のホログラム面を形成する際には、上述した角度をθだけでなく−θにも設定して、多重露光を２回行えばよい。【０１５７】
なお、ホログラム感光材料は一般に樹脂フィルム状をしているので、それを所望の基板上に貼り合わせたり、また貼り合わせた基板を他の基板と組み立てたりすることは、極めて容易である。
【実施例６】
【０１５８】
以下、本発明の第６実施例を説明する。
本実施例は、上述した第６変形例（図２１参照、表示光束Ｌがｓ偏光に限定されている。）に適用される折り返し反射面１１ｂ”の実施例である。なお、入射角度θ’＝６０°とした。θ’は、光線Ｌ２の折り返し反射面１１ｂに対する入射角度である（図１９（ａ）参照）。【０１５９】
先ず、この折り返し反射面１１ｂ”の基本構成は、以下の３タイプの何れかで表される。
（１）基板/(0.25H0.25L)k0.25H/基板
（２）基板/(0.125H0.25L0.125H)k/基板
（３）基板/(0.125L0.25H0.125L)k/基板
そこで、本実施例では、第１のタイプ（１）を採用し、反射帯域を拡張するために２つの周期層ブロックを用いた基本構成を設定し、若干の試行錯誤により以下の４０層構成を得た。【０１６０】
基板/(0.25H0.25L)100.1L(0.3125H0.3125L)10/基板
なお、基板の屈折率は、１．５６とした。また、高屈折率層Ｈの屈折率は、２．２０、低屈折率層Ｌの屈折率は、１．４６とした。
このとき、折り返し反射面１１ｂ”の反射率の角度・波長特性は、図３３に示すとおりとなった。【０１６１】
図３３において、Ｒ（０°）は、垂直入射する光に対する反射率の波長特性を示す。その反射率は、可視光域において略１００％になっている。
また、Ｒｐ（６０°）は、６０°入射するｐ偏光の光に対する反射率の波長特性を示す。その反射率は可視光域において略０％となっている。つまり、６０°入射するｐ偏光の光に対する透過率は可視光域において略１００％となっている（図の表記方法は、以下の各図も同じ）。【０１６２】
（実施例６’）
さらに、計算機上で最適化設計を行い、層数の低減と特性の改善を試みた。それによって得られた多層膜の構成、反射透過率の角度・波長特性は、図３４，図３５に示すとおりである。
図３４、図３５に明らかなように、最適化設計により層数は低減され、垂直入射する光に対する反射率はさらに１００％に近づき、６０°入射するｐ偏光の光に対する透過率はさらに１００％に近づいたことがわかる。
【実施例７】
【０１６３】
以下、本発明の第７実施例を説明する。
本実施例は、上述した第６変形例（図２１参照、表示光束Ｌがｓ偏光に限定されている。）に適用される折り返し反射面１１ｂ”の実施例である。なお、θ’＝６０°とした。また、本実施例の折り返し反射面１１ｂ”は、液晶表示素子２１が発光スペクトル（図３０参照）を有していることを考慮したものである。【０１６４】
実施例６と同様、計算機上で最適化設計を行った。それによって得られた多層膜の構成、多層膜の反射透過率の角度・波長特性は、図３６，図３７に示すとおりである。
図３６に明らかなように、層数がさらに低減されたことがわかる。
図３７に明らかなように、垂直入射する光のうち、特定の波長成分（Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色）の反射率は高く設定され、それ以外の不必要な波長成分の反射率は低下していることがわかる。このように、必要な波長成分の反射率だけを高めることによって、層数の低減が図られる。
【実施例８】
【０１６５】
本実施例は、図２０、図２１に示した折り返し反射面１１ｂ，１１ｂ’，１１ｂ”に用いられるホログラム面の形成方法の実施例である。
その原理は、実施例５と同じであり、参照光及び物体光のホログラム感光材料への入射角度にのみ特徴があるので、それを図３８を用いて説明する。
図３８に示すように、光源５１から射出したレーザ光は、ハーフミラーＨＭによって２つのレーザ光に分岐され、分岐された２つのレーザ光は、ミラーＭを介し、ビームエキスパンダ５２、５３によってそれぞれ径が拡大される。これらのレーザ光が、物体光及び参照光として用いられる。【０１６６】
これらの物体光及び参照光は、ビームスプリッタＢＳにて重ね合わされた後、ホログラム感光材料５４に対し垂直に入射する。この状態で、ホログラム感光材料５４を露光する。
このように物体光及び参照光をホログラム感光材料５４に対し垂直入射させれば、垂直入射する表示光束Ｌ（図２０，図２１参照）を高い反射率で反射するホログラム面を形成することができる。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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