(57)【要約】【課題】比較的簡易に作製でき、かつ、良好な画像を表示可能とする虚像表示装置用の導光板及びこれを組み込んだ虚像表示装置を提供すること。【解決手段】接合部ＳＳにおいて、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との接合面Ｓ１，Ｓ２を導光方向であるＺ方向に対して略垂直（完全に垂直な場合を含む）に接続することで、第１ブロック部分Ｂ１が構成する導光部Ｄ２から第２ブロック部分Ｂ２が構成する画像取出部２３にかけての接合部ＳＳにおいて、画像光が意図しない屈折をして画像が劣化することを抑制できる。従って、上記導光板２０は、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との２部材構成で比較的簡易に作製できるものであり、かつ、良好な画像を表示できるものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を入射させる光入射部と、対向して延びる第１及び第２の全反射面を有して前記光入射部から取り込まれた前記画像光を前記第１及び第２の全反射面での全反射により導く導光部と、前記導光部によって導かれた前記画像光を外部へ取出す画像取出部を有する光射出部と、を備える導光板であって、
前記導光部を有する第１ブロック部分と、
前記画像取出部を有する第２ブロック部分と、
前記第１ブロック部分と前記第２ブロック部分とを接合する接合部と、を有し、
前記接合部において、前記第１ブロック部分の接合面と、前記第２ブロック部分の接合面とを、前記第１及び第２の全反射面により導かれる前記画像光の導光方向に対して略垂直に接合し、前記第１ブロック部分と前記第２ブロック部分とを一体の構造物として構成する、導光板。
【請求項２】
前記画像取出部は、所定の方向に配置される反射ユニットを有し、前記導光部を経て入射する前記画像光を前記反射ユニットでの光路の折り曲げによって外部へ取出し可能にする、請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記反射ユニットは、入射光の少なくとも一部を透過させる複数の部分反射面を有し、前記反射ユニットにおいて前記画像光の少なくとも一部を１回以上通過させる、請求項２に記載の導光板。
【請求項４】
前記反射ユニットは、第１の反射面と前記第１の反射面に対して所定角度をなす第２の反射面とでそれぞれ構成され、前記導光部にて導かれた前記画像光を前記第１の反射面により反射するとともに前記第２の反射面により前記第１の反射面で反射された前記画像光をさらに反射して光路の折り曲げを行う、請求項２に記載の導光板。
【請求項５】
前記第１ブロック部分と前記第２ブロック部分との接合を補強するための接合補強部材をさらに備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項６】
前記接合補強部材は、前記画像光の光路外の領域に形成される、請求項５に記載の導光板。
【請求項７】
前記第１ブロック部分と前記第２ブロック部分との接合において、相対的な位置関係を決めるための位置決め部材をさらに備える、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項８】
前記第１ブロック部分の本体部分と前記第２ブロック部分の本体部分とは、樹脂部材である、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項９】
前記第１ブロック部分の本体部分は、樹脂部材であり、前記第２ブロック部分の本体部分は、ガラス部材である、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の導光板。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の導光板と、
前記導光板に導かれる前記画像光を形成する画像形成装置と、
を備える虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等に用いられる導光板及び導光板を備える虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されている。このような虚像表示装置用の導光板として、全反射を利用して映像光を導くとともに、導光板の出口側において導光板の主面に対して所定角度をなして平行に配置される多数の部分反射面にて映像光を反射させ導光板から取り出すことによって、映像光を観察者の網膜に到達させるものが知られている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
上記のように、導光板において映像光を導く部分と多数の平行な部分反射面を形成して光束を取り出す部分とを形成するにあたり、例えば特許文献１の図３２〜図３５のように光束を取り出す部分を多数の細いプリズムで作製する等の場合、作製される導光板の出口側の部分は光学的に精度の高いものにできるが、映像光を導く側である導光板の入口側の部分と上記の出口側の部分との接合部分において、光が意図しないような屈折作用を受けて画像が劣化する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易に作製でき、かつ、良好な画像を表示可能とする虚像表示装置用の導光板及びこれを組み込んだ虚像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る導光板は、（ａ）画像光を入射させる光入射部と、対向して延びる第１及び第２の全反射面を有して光入射部から取り込まれた画像光を第１及び第２の全反射面での全反射により導く導光部と、導光部によって導かれた画像光を外部へ取出す画像取出部を有する光射出部と、を備える導光板であって、（ｂ）導光部を有する第１ブロック部分と、（ｃ）画像取出部を有する第２ブロック部分と、（ｄ）第１ブロック部分と第２ブロック部分とを接合する接合部と、を有し、（ｅ）接合部において、第１ブロック部分の接合面と、第２ブロック部分の接合面とを、第１及び第２の全反射面により導かれる画像光の導光方向に対して略垂直に接合し、第１ブロック部分と第２ブロック部分とを一体の構造物として構成する。ここで、全反射とは、全ての光が内面で反射されて伝達される場合のみでなく、全反射条件が満たされる面上にミラーコートや、半透過のアルミ膜によるハーフミラー膜等を施して反射する場合等も含まれるものとする。また、上記の第１ブロック部分は、導光部の全体を有するものに限らず、導光部の一部を有し、導光部の他の部分を第２ブロック部分が有する状態となっているものも含まれるものとする。また、略垂直には、完全に垂直な場合も含まれる。
【０００７】
上記導光板では、接合部において、第１ブロック部分と第２ブロック部分との接合面を導光方向に対して略垂直にして接合することで１つの導光板としての構造を有するものとなっているので、第１ブロック部分が構成する導光部から第２ブロック部分が構成する画像取出部にかけての当該接合部において、画像光が意図しない屈折作用を受けて画像が劣化することを抑制できる。例えば、光入射部と導光部を第１ブロック部分が有し、第２ブロック部分が画像取出部を有する場合、これらの光学的機能の違う２つの部材を略垂直な面で接合することで、両部材の屈折率差による画像光のズレを低減できる。以上のように、上記導光板は、第１ブロック部分と第２ブロック部分との２部材構成で比較的簡易に作製できるものであり、かつ、良好な画像を表示できるものとなる。なお、例えば導光板のうち大きな割合を占める導光部分を有する第１ブロック部分と、微細構造の画像取出部を有する第２ブロック部分との２部構成とすることによって、微細構造を精巧に作製することが比較的容易となる。
【０００８】
本発明の具体的な側面では、画像取出部が、所定の方向に配置される反射ユニットを有し、導光部を経て入射する画像光を反射ユニットでの光路の折り曲げによって外部へ取出し可能にする。この場合、光射出部の画像取出部において、導光部の第１及び第２の全反射面での全反射で導かれた画像光を反射させて導光板外に取り出すことができる。
【０００９】
本発明の別の側面では、反射ユニットが、入射光の少なくとも一部を透過させる複数の部分反射面を有し、反射ユニットにおいて画像光の少なくとも一部を１回以上通過させる。この場合、画像取出部に入射する角度によって、画像光は、複数の部分反射面を１回以上通過することになるが、画像取出部に入射する角度に応じて画像光の各成分を適正な位置から観察者に対して射出させることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、反射ユニットが、第１の反射面と第１の反射面に対して所定角度をなす第２の反射面とでそれぞれ構成され、導光部にて導かれた画像光を第１の反射面により反射するとともに第２の反射面により第１の反射面で反射された画像光をさらに反射して光路の折り曲げを行う。この場合、第１の反射面と第２の反射面との２段階の反射で画像光の取出しが可能となる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、導光板が、第１ブロック部分と第２ブロック部分との接合を補強するための接合補強部材をさらに備える。この場合、第１ブロック部分と第２ブロック部分との接合を強力にして導光板の光学性能を保たせることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、接合補強部材が、画像光の光路外の領域に形成される。この場合、接合補強部材が画像光に影響を与えることを回避できる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、導光板が、第１ブロック部分と第２ブロック部分との接合において、相対的な位置関係を決めるための位置決め部材をさらに備える。この場合、第１ブロック部分と第２ブロック部分との位置関係を精密にして導光板の光学性能を高いものにできる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第１ブロック部分の本体部分と第２ブロック部分の本体部分とが、樹脂部材である。この場合、比較的簡易かつ迅速に各ブロック部分を製造でき、延いては導光板を効率良く製造することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、第１ブロック部分の本体部分が、樹脂部材であり、第２ブロック部分の本体部分が、ガラス部材である。この場合、例えば高い光学的精度を要求される画像取出部についてはガラス部材を主材料として形成し、導光板全体に占める割合が大きい導光部等については樹脂部材を主材料として形成することで、導光板全体としては比較的軽量なものにすることができる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る虚像表示装置は、（ａ）上記いずれかの導光板と、（ｂ）導光板に導かれる画像光を形成する画像形成装置とを備える。この場合、上記いずれかの導光板を用いることで、虚像表示装置は、良好な画像を表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は、第１実施形態に係る導光板の接合前の第１ブロック部分と第２ブロック部分とを示す図であり、（Ｂ）は、接合されて形成された導光板を示す図である。
【図２】（Ａ）は、第１実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、導光板の正面図及び平面図である。
【図３】（Ａ）は、導光板内の画像取出部の奥側の部分の構造を説明する断面図であり、（Ｂ）は、画像取出部の入口側の部分の構造を説明する断面図である。
【図４】（Ａ）は、導光板の接合部における画像光の光路の様子を模式的に示す図であり、（Ｂ）は、比較例の画像光の光路の様子を模式的に示す図である。
【図５】（Ａ）は、第２実施形態に係る導光板の接合前の第１ブロック部分と第２ブロック部分とを示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、接合されて形成された導光板を示す断面図及び正面図である。
【図６】変形例の導光板を示す図である。
【図７】第３実施形態に係る導光板を示す図である。
【図８】（Ａ）は、第４実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図であり、（Ｂ）は、実施形態に係る導光板内の画像取出部の構造を説明する断面図であり、（Ｃ）は、画像取出部の奥側の部分の構造を説明する断面図であり、（Ｄ）は、画像取出部の入口側の部分の構造を説明する断面図である。
【図９】第５実施形態に係る導光板を含む虚像表示装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置用の導光板及びこれを組み込んだ虚像表示装置について説明する。
【００１９】
〔Ａ．導光板及び虚像表示装置の構造〕
図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示す本実施形態に係る導光板２０は、画像光を取り込んで導くとともに観察者に射出させるための部材であり、全体として一方に延びる平板状の外形を有している。導光板２０は、光束全体としての画像光を平板の延びるＺ方向に導く。ここでは、このＺ方向を導光方向と呼ぶものとする。
【００２０】
以下、導光板２０の構造について説明する。図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示すように、導光板２０は、光学的な各部材を含む構造体である第１ブロック部分Ｂ１と、第２ブロック部分Ｂ２とを備える。導光板２０は、第１及び第２ブロック部分Ｂ１，Ｂ２を繋ぎ合わせることで作製されるものである。なお、詳細は図２（Ａ）等を用いて後述するが、導光板２０は、光学的な機能を有する部分として、光入射部Ｄ１と、導光部Ｄ２と、光射出部Ｄ３とを備えている。
【００２１】
導光板２０の構造的な部分のうち、第１ブロック部分Ｂ１は、台形の底面を有する塊状の肉厚な四角柱状の肉厚部分ＴＴと、Ｚ方向に延びる平板状の全反射面形成部２２とを機能的に主要な部分として有している。この第１ブロック部分Ｂ１は、製造工程に関連する基材部分として樹脂製の本体部分ＢＢａを有するものでもある。本体部分ＢＢａは、肉厚部分ＴＴと全反射面形成部２２とを有している。肉厚部分ＴＴは、画像光取込み用の光入射部Ｄ１の主要部を構成する部分であり、全反射面形成部２２は、Ｚ方向すなわち導光方向に沿って対向して延びる第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂを有することで光伝播用の導光部Ｄ２の主要部を構成する部分である。ここで、平板状である全反射面形成部２２の厚み方向であるＸ方向についての厚さは、厚さＴとなっている。以上のように、第１ブロック部分Ｂ１は、導光板２０の肉厚部分や平板部分を形成する構造的な部分である。
【００２２】
第２ブロック部分Ｂ２は、第１側面ＳＦ１と第２側面ＳＦ２とを有する平板状の部材である。第２ブロック部分Ｂ２は、第１側面ＳＦ１に沿って延び微細構造を有する画像取出部２３と、画像取出部２３に対向して第２側面ＳＦ２に沿って延びる光射出面ＯＳとを機能的に主要な部分として有している。この第２ブロック部分Ｂ２は、製造工程に関連する基材部分として樹脂製の本体部分ＢＢｂを有するものでもある。本体部分ＢＢｂは、画像取出部２３の一部と光射出面ＯＳとを有している。画像取出部２３及び光射出面ＯＳは、導光部Ｄ２からの光を外部に射出するための光射出部Ｄ３を構成する部分である。また、平板状である第２ブロック部分Ｂ２の厚さは、第１ブロック部分Ｂ１の全反射面形成部２２の厚さＴと等しいものとなっている。以上のように、第２ブロック部分Ｂ２は、導光板２０の平板部分を形成する構造的な部分である。
【００２３】
上記のような第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との２部構成とすることで、第１ブロック部分Ｂ１が比較的大きな割合を占める導光部分の主要部を有する一方、第２ブロック部分Ｂ２が微細構造の画像取出部２３を有するものにできる。これにより、１部構成で導光板２０を作製する場合に比べて微細構造を精巧に作製することが容易になる。
【００２４】
ここで、図１（Ａ）に示すように、第１ブロック部分Ｂ１は、第２ブロック部分Ｂ２と接合するための接合面Ｓ１を光路下流側すなわち＋Ｚ側の端面として有している。一方、第２ブロック部分Ｂ２は、第１ブロック部分Ｂ１と接合するための接合面Ｓ２を光路上流側すなわち−Ｚ側の端面として有している。接合面Ｓ１と接合面Ｓ２とは同一の矩形形状を有しており、これらを貼り合せることで、導光板２０が作製される。また、第１ブロック部分Ｂ１の接合面Ｓ１は、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂに対して垂直であり、Ｚ方向に垂直な面すなわちＸＹ面に平行な面となっている。接合面Ｓ２は、画像取出部２３及び光射出面ＯＳが形成される両側面ＳＦ１，ＳＦ２に対して垂直であり、Ｚ方向に垂直な面すなわちＸＹ面に平行な面となっている。なお、図中では、直角Ｒにより各面同士が垂直に交差することを示している。
【００２５】
図１（Ｂ）に示すように、導光板２０は、接合面Ｓ１と接合面Ｓ２との間に接着剤を供給し、接着剤で隙間を充填した状態にし、この接着剤を硬化させて接着層ＣＣを形成することで作製される。この際、接合面Ｓ１及び接合面Ｓ２は、Ｚ方向に垂直となる状態すなわち導光方向に垂直な状態を保たれたものとなっている。
【００２６】
また、上記のように、第１ブロック部分Ｂ１の板状の部分すなわち全反射面形成部２２と、第２ブロック部分Ｂ２とは、厚み方向について等しい厚さＴを有するものであるため、接合面Ｓ１と接合面Ｓ２とを正確に貼り合わせることで、作製された導光板２０において、第１の全反射面２２ａと側面ＳＦ２とを同一平面上に配置し、第２の全反射面２２ｂと側面ＳＦ１とを同一平面上に配置するものとなっている。つまり、Ｚ方向について第１の全反射面２２ａの延長上に光射出面ＯＳが配置され、第２の全反射面２２ｂの延長平面に沿って画像取出部２３が配置されている。また、全反射面２２ａ，２２ｂの延長上にある側面ＳＦ１，ＳＦ２の一部は、画像光を導く面即ち導光部Ｄ２の一部として使用される。以上のような状態で接合されることにより、導光板２０の外観のうち平板状部分である導光板本体部２０ａに、全反射面形成部２２や画像取出部２３が形成されたものとなっている。
【００２７】
なお、接合面Ｓ１と接合面Ｓ２と接着層ＣＣとによって形成される部分を接合部ＳＳとする。
【００２８】
以下、図２（Ａ）等を参照して、本実施形態に係る虚像表示装置１００について説明する。虚像表示装置１００は、画像形成装置１０と、導光板２０とを一組として備える。なお、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）に示す導光板２０のＡ−Ａ断面に対応する。
【００２９】
虚像表示装置１００は、観察者に虚像による画像光を認識させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させるものである。画像形成装置１０と導光板２０とは、通常観察者の右眼および左眼に対応して一組ずつ設けられるが、右眼用と左眼用とでは左右対称であるので、ここでは左眼用のみを示し、右眼用については図示を省略している。なお、虚像表示装置１００は、全体としては、例えば一般の眼鏡のような外観（不図示）を有するものとなっている。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、画像形成装置１０は、液晶デバイス１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、液晶デバイス１１は、２次元的な照明光を射出する照明装置３１と、透過型の空間光変調装置である液晶表示デバイス３２と、これらの間に配置される射出角調整部材３３とを有する。液晶表示デバイス３２は、照明装置３１からの照明光を空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。投射光学系１２は、液晶表示デバイス３２上の各点から射出された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。射出角調整部材３３は、照明光の射出角度分布を画面内の位置に応じて変化させており、液晶表示デバイス３２から射出される画像光が効率的に観察者の眼ＥＹに入射するように調整している。
【００３１】
図２（Ｂ）及び２（Ｃ）に示すように、導光板２０は、既述の光入射部Ｄ１と、導光部Ｄ２と、光射出部Ｄ３とを備える。光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＳと入射光折曲面２１とを有し、画像形成装置１０からの画像光を光入射面ＩＳから取り込むとともに、取り込んだ画像光を導光部Ｄ２に向けて折り曲げる。つまり、光入射部Ｄ１は、画像光を取り込むという光学的な意味での機能を有する部分である。導光部Ｄ２は、全反射面形成部２２を有し、取り込まれた画像光を光射出部Ｄ３に向けて伝播させる。つまり、導光部Ｄ２は、画像光を伝播させるという光学的な意味での機能を有する部分である。なお、既述のように、導光部Ｄ２が光束全体として導く方向（ここではＺ方向）を導光方向とする。光射出部Ｄ３は、角度変換部である画像取出部２３と光射出面ＯＳとを有し、導光部Ｄ２で導光方向に伝播された画像光の角度変換を行い光射出面ＯＳから画像光を射出する。つまり、光射出部Ｄ３は、画像光を取り出すという光学的な意味での機能を有する部分である。以上のように、光入射部Ｄ１、導光部Ｄ２及び光射出部Ｄ３は、導光板２０において光学的な面から見た場合の機能的な部分である。
【００３２】
光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＳを、ＹＺ面に平行で画像形成装置１０に対向する表側の平面上に有している。また、光入射部Ｄ１は、四角柱状の肉厚部分ＴＴの側面として光入射面ＩＳの他に矩形の斜面ＲＳを有し、当該斜面ＲＳ上には、アルミ蒸着等の成膜によりミラー層２１ａが形成されている。つまり、ミラー層２１ａと斜面ＲＳとが協働することで入射光折曲面２１を形成している。入射光折曲面２１は、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｘ方向に向かう画像光を、全体として−Ｘ方向に偏った＋Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を導光部Ｄ２内に導く。
【００３３】
導光部Ｄ２は、入口側である光入射部Ｄ１側から奥側である光射出部Ｄ３側にかけて、内部に入射させた画像光を光射出部Ｄ３の画像取出部２３に導くための全反射面形成部２２を有している。
【００３４】
全反射面形成部２２は、導光部Ｄ２として機能するための平板状の主面であり互いに対向しＹＺ面に対して平行に延びる２平面として、画像光をそれぞれ全反射させる第１の全反射面２２ａと第２の全反射面２２ｂとを有している。ここでは、第１の全反射面２２ａが画像形成装置１０に近い側にあるものとし、第２の全反射面２２ｂが画像形成装置１０から遠い側にあるものとする。この場合、第１の全反射面２２ａは、光入射面ＩＳ及び光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。従って、光入射面ＩＳや光射出面ＯＳの一部又は全体も画像光を導く導光部Ｄ２として機能する。つまり、導光部Ｄ２の機能は、主として全反射面形成部２２により実現されているが、光入射部Ｄ１の光入射面ＩＳや光射出部Ｄ３の光射出面ＯＳも導光部Ｄ２の一部である。光入射部Ｄ１の入射光折曲面２１で反射された画像光は、まず、第１の全反射面２２ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第２の全反射面２２ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光板２０の奥側即ち画像取出部２３を設けた＋Ｚ側に導かれる。ここで、導光部Ｄ２に用いるすなわち第２ブロック部分Ｂ２に用いる透明樹脂材料の屈折率ｎは、例えば１．５以上の高屈折率材料であるものとする。導光板２０に比較的屈折率の高い透明樹脂材料を用いることで、導光板２０内部で画像光を導光させやすくなり、かつ、導光板２０内部での画像光の画角を比較的小さくすることができる。
【００３５】
光射出部Ｄ３は、光射出面ＯＳに対向して微細構造である画像取出部２３を配置している。画像取出部２３は、全反射面形成部２２の奥側（＋Ｚ側）において、第２の全反射面２２ｂの延長平面に略沿ってこの延長平面に近接して形成されており、全反射面形成部２２を経た画像光を、所定角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。画像取出部２３の詳しい構造については、図３（Ａ）等により後述する。
【００３６】
〔Ｂ．画像光の光路〕
以下、画像光の光路について説明する。図２（Ａ）に示すように、投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の主要成分は、導光板２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて互いに異なる角度で全反射を繰り返す。画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３のうち、液晶デバイス１１の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ１は、入射光折曲面２１で反射された後、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３の中央部２３ｋで反射され、光射出面ＯＳからこの面に対して垂直な光軸ＡＸ方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの一端側（＋Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ２は、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３のうち反光入射面側（＋Ｚ側）の周辺部２３ｍで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの他端側（−Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ３は、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３のうち最も光入射面側（−Ｚ側）の周辺部２３ｈで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。なお、この場合、各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の全反射の角度について、画像光ＧＬ２の角度が最小であり、画像光ＧＬ３の角度が最大であり、その他の画像光の角度については、これらの中間の値となる。
【００３７】
また、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射による光の反射効率は非常に高いものであるため、画像取出部２３に至るまでは、輝度低下が生じることは殆どない。また、図２（Ｂ）に示すように、縦方向すなわちＹ方向について見た画像光である画像光ＧＬｙは、光束全体として収束するように導光板２０内を通過する。
【００３８】
〔Ｃ．画像取出部の構造及び画像取出部による光路の折曲げ〕
以下、本実施形態に係る導光板２０の画像取出部２３の詳しい構造について説明する。図３（Ａ）及び３（Ｂ）に示すように、画像取出部２３は、多数の画像光反射面２３ａで構成され、画像光反射面２３ａの配列される方向は、全反射面形成部２２の延びるＺ方向となっている。各画像光反射面２３ａは、Ｚ方向に対して垂直な縦方向すなわちＹ方向に延びる細長い面である。多数の画像光反射面２３ａは、互いに平行であり、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂに対して同一の角度をそれぞれなし画像光の光成分の一部を透過させ、残りを反射させる部分反射面となっている。これにより、画像取出部２３は、観察者に外界像をシースルーで観察させることを可能にしている。なお、各画像光反射面２３ａ間は、画像光を取り出すための反射面等としての機能を有しない境界部２３ｂによって繋がれている。結果的に、画像光反射面２３ａは、Ｙ方向を長手方向としてＺ方向に沿って周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。ここでは、１つの画像光反射面２３ａとこれに隣接する１つの境界部２３ｂとを１組として反射ユニット２３ｃと呼ぶこととする。つまり、多数の反射ユニット２３ｃ全体で、１つの断面鋸歯状となっている。
【００３９】
以下、画像取出部２３による画像光の光路の折曲げについて説明する。ここでは、画像光のうち、画像取出部２３の両端側に入射する画像光ＧＬ２及び画像光ＧＬ３について示し、他の光路については、これらと同様であるので図示等を省略する。また、各画像光反射面２３ａが画像光ＧＬ２，ＧＬ３の実際の入射面であるが、本明細書では、画像光の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射角度を画像取出部２３に対する入射角度すなわち反射ユニット２３ｃへの入射角と呼ぶこととする。既述のように、画像光ＧＬ２，ＧＬ３を含む画像光は、図１（Ａ）、１（Ｂ）等に示す導光板２０に光入射面ＩＳから入射し、図３（Ａ）等に示すように全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射を繰り返して導光されて、画像取出部２３に到る。まず、図３（Ａ）に示すように、最小反射角α−で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射される画像光ＧＬ２は、画像取出部２３をＮ回（Ｎは１より大きい自然数）通過した後、画像取出部２３のうち周辺部２３ｍの最も奥側（＋Ｚ側）に位置する画像光反射面２３ａに達し、画像光反射面２３ａでの反射により、眼ＥＹの中心軸である光軸ＡＸに対して角度θ２で光射出面ＯＳから眼ＥＹに向けて平行光束として射出される。画像光ＧＬ２のように、画像取出部２３の奥側で反射する成分は、多数の画像光反射面２３ａを１回以上のＮ回通過した後、眼ＥＹに向わせる所定の画像光反射面２３ａに達し、ここで反射された成分が有効な成分となって観察者に認識される。
【００４０】
一方、図２（Ｂ）に示すように、最大反射角α＋で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射される画像光ＧＬ３は、画像取出部２３のうち周辺部２３ｈの最も入口側（−Ｚ側）に位置する画像光反射面２３ａに達し、画像光反射面２３ａでの反射により、光軸ＡＸに対して角度θ３で光射出面ＯＳから眼ＥＹに向けて平行光束として射出される。
【００４１】
なお、画像光ＧＬ２の角度θ２と画像光ＧＬ３の角度θ３とは、大きさが略等しく逆向きとなっており、画像光による虚像の画角に相当するものとなっている。
【００４２】
ここで、以上のような構成の画像取出部２３の作製について説明すると、一例としては、まず、画像光反射面２３ａ及び境界部２３ｂとなるべき断面鋸歯状の傾斜面が本体部分ＢＢｂの射出成形時に成形され、次に、当該斜面に反射面として機能させるための反射膜を成膜し、当該反射膜を本体部分ＢＢｂと同一屈折率の樹脂材料で埋めることで画像取出部２３が作製される。この場合、本体部分ＢＢｂと反射膜を埋める樹脂材料とを同一屈折率のものとすることで、画像光反射面２３ａでの画像光の透過・反射において意図しない屈折作用によって画像が劣化することを回避している。
【００４３】
〔Ｄ．接合部における通過光の光路〕
以下、接合部ＳＳにおける通過光の光路について説明する。上述したように、境界部である接合部ＳＳにおいて、第１ブロック部分Ｂ１の接合面Ｓ１と第２ブロック部分Ｂ２の接合面Ｓ２とは、導光方向に対して垂直な状態を保ったものとなっている。しかしながら、第１ブロック部分Ｂ１側と第２ブロック部分Ｂ２側とでは、完全には同一の屈折率とは限らないため、接合部ＳＳを通過する光の成分は、通過の前後において多少の屈折作用を受ける。
【００４４】
一方、図３（Ａ）に示す領域ＰＡでの画像光ＧＬ２のように、液晶デバイス１１の射出面３２ａ（図２（Ａ）参照）上の同じ点から発し、同じ画像光反射面２３ａから同じ角度で射出されるべき成分について、光の進む向きが互いに反転した状態のものが存在している場合がある。つまり、領域ＰＡにおいて、画像光ＧＬ２のうち、直前の全反射面が−Ｘ側に位置する第１の全反射面２２ａである成分と＋Ｘ側に位置する第２の全反射面２２ｂである成分とが存在する。このような領域ＰＡに接合部ＳＳがある場合、一般には、両成分は異なった屈折作用を受けるため、その角度の変化の仕方が異なって角度ずれが生じてしまう。このような角度ずれは、画質の劣化となって現れる。
【００４５】
図４（Ａ）は、本実施形態に係る導光板２０の接合部ＳＳを通過する画像光の一例を示すものである。ここでの画像光の一例としての画像光ＧＬｘは、接合部ＳＳを通過するにあたって、直前に第１の全反射面２２ａで反射された成分Ｇ１と直前に第２の全反射面２２ｂで反射された成分Ｇ２とを含む状態になっているものとする。つまり、成分Ｇ１と成分Ｇ２とは、互いに反転した状態となっている。以上の場合、図示のように、ＸＺ面において、接合部ＳＳを通過する直前の成分Ｇ１と成分Ｇ２とは、向きは異なるが大きさは等しい全反射角度αで進むものとなっている。また、接合面Ｓ１，Ｓ２は、Ｚ方向に対して垂直な面となっている。従って、成分Ｇ１，Ｇ２の双方とも、全反射角度αの余角γが接合面Ｓ１に対する入射角γとなっている。この場合、成分Ｇ１，Ｇ２は、Ｚ方向を基準軸として対称な状態を保って屈折作用を受ける。このため、屈折後の角度も相等しい屈折角γ１で第２ブロック部分Ｂ２側へ導かれることになる。屈折後の屈折角γ１が等しく保たれることで、画像光ＧＬｘの各成分Ｇ１，Ｇ２は、ともに角度が変化するもののその変化の度合いが等しく、平行性を保ったものとなる。従って、例えば図２（Ａ）等に示す角度変換部である画像取出部２３において、画像光の接合部ＳＳでの屈折による角度変化の度合を加味して適宜調整をすることで、適正な角度での画像光取出しが可能となる。なお、以上の場合、第１ブロック部分Ｂ１側と第２ブロック部分Ｂ２側とで多少の屈折率差があっても画像光ＧＬｘの成分Ｇ１，Ｇ２は、同様の屈折作用を受け平行性は保たれるので、ブロック部分Ｂ１，Ｂ２間での屈折率差の存在はある程度許容されるとも言える。従って、例えば第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２として、材質形状の違う光学部材を用い、当該光学部材で１つの構造物たる導光板２０を構成し、この際、光学的に両光学部材の屈折率差による画像光のズレを低減するものにできる。
【００４６】
また、上記では、画像光ＧＬｘの成分Ｇ１，Ｇ２の平行性を保つため、接合面Ｓ１，Ｓ２がＺ方向に対して垂直な面であるものとしているが、正確に垂直でなくても、垂直に近い状態すなわち略垂直であれば上記のような屈折による角度変化の影響は少ないと考えられる。従って、画像のずれが観察者に認識されない程度の範囲において、接合面Ｓ１，Ｓ２が垂直な状態から若干外れていても許容される。例えば、垂直な状態から±５°以内、より好ましくは±３°以内であれば許容されるものにできる。
【００４７】
一方、比較例として図４（Ｂ）に示すように、仮に接合面Ｓ１，Ｓ２が、Ｚ方向に対して垂直な面となっていない場合、上記と異なり、成分Ｇ１，Ｇ２が異なる作用を受け平行性が崩れる。具体的には、図中において、接合面Ｓ１と第１の全反射面２２ａとのなす角η１と、接合面Ｓ２と側面ＳＦ２とのなす角η２とがともに９０°或いはそれに近い値ではなくある程度以上に異なる場合、画像光ＧＬｘの各成分Ｇ１，Ｇ２の全反射角度αが等しくても、接合面Ｓ１に対する入射角φ２，φ３は、互いに異なる大きさになる。従って、成分Ｇ１と成分Ｇ２とは、接合部ＳＳの通過の前後において、異なる屈折作用を受けるものとなり、以後相異なる屈折角γ２，γ３で導かれるものとなる。この場合、もはや後段の光学系において角度ずれを修正することはできず、角度ずれに伴う画像の劣化が生じることとなる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、接合部ＳＳにおいて、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との接合面Ｓ１，Ｓ２を導光方向であるＺ方向に対して略垂直（完全に垂直な場合を含む）に接続することで、第１ブロック部分Ｂ１が構成する導光部Ｄ２から第２ブロック部分Ｂ２が構成する画像取出部２３にかけての接合部ＳＳにおいて、画像光が意図しない屈折をして画像が劣化することを抑制できる。従って、上記導光板２０は、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との２部材構成で比較的簡易に作製できるものであり、かつ、良好な画像を表示できるものとなる。
【００４９】
〔第２実施形態〕
以下、図５（Ａ）等により、第１実施形態を変形した第２実施形態について説明する。本実施形態に係る導光板は、第１及び第２ブロック部分の接合に係る部分に接合補強部材を有することを除いて図１（Ａ）等に示す導光板２０と同様の構造を有するため、導光板２０のうち画像取出部２３等の機能的な部分としての各要素については説明等を省略する。
【００５０】
図５（Ａ）〜５（Ｃ）に示すように、本実施形態では、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２とは、両者の接合を補強するための接合補強部材２５を構成する一対の第１突起部２５ａ，２５ａと一対の第２突起部２５ｂ，２５ｂとをそれぞれ備えている。つまり、各ブロック部分Ｂ１，Ｂ２は、各突起部２５ａ，２５ｂを本体部分ＢＢａ，ＢＢｂの一部として一体的に有している。
【００５１】
図５（Ａ）に示すように、各第１突起部２５ａは、第１ブロック部分Ｂ１のうち−Ｘ側の側面である第１の全反射面２２ａ上のうち光路下流側に形成され、接合面Ｓ１の側方から＋Ｚ方向に突き出すように延びている。各第１突起部２５ａは、接合面Ｓ１に隣接し接合面Ｓ１と垂直な当接面Ａ１を有している。なお、図５（Ｃ）に示すように、一対の第１突起部２５ａ，２５ａは、画像光ＧＬｙの光路外の領域に形成されている。これにより、接合補強部材２５が画像光ＧＬｙに影響を与えることを回避できる。
【００５２】
各第２突起部２５ｂは、第２ブロック部分Ｂ２のうち＋Ｘ側の側面ＳＦ１上のうち光路上流側に形成され、接合面Ｓ２の側方から−Ｚ方向に突き出すように延びている。各第２突起部２５ｂは、接合面Ｓ２に隣接し接合面Ｓ２と垂直な当接面Ａ２を有している。一対の第２突起部２５ｂ，２５ｂも、画像光ＧＬｙの光路外の領域に形成されている。
【００５３】
また、図５（Ｂ）に示すように、各第２突起部２５ｂは、±Ｙ側について各第１突起部２５ａと対応する位置にそれぞれ配置されている。第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との接合時において、第１突起部２５ａの当接面Ａ１は、第２ブロック部分Ｂ２の側面ＳＦ２に当接し、第２突起部２５ｂの当接面Ａ２は、第１ブロック部分Ｂ１の側面である第２の全反射面２２ｂに当接する。以上により、接合補強部材２５は、接合時において、１つの第１突起部２５ａとこれに対応する１つの第２突起部２５ｂとを一対として、第１及び第２ブロック部分Ｂ１，Ｂ２をＸ方向から挟持している。これにより、第１及び第２ブロック部分Ｂ１，Ｂ２は、Ｘ方向についてぐらつくことなく固定される。つまり、接合補強部材２５は、接合を補強する部材として機能している。
【００５４】
また、以上から、接合補強部材２５は、接合面Ｓ１と接合面Ｓ２との平行度又は両者のＺ方向に対する垂直度を確保してずれることなく正確な位置に固定し、かつ、接着層ＣＣの厚みを一定に保たせるものともなっている。すなわち接合補強部材２５は、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との相対的な位置関係を決めるための位置決め部材としても機能する。また、突起部のほか、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２とを嵌め込んで固定する凹凸形状を設けるものとしてもよい。
【００５５】
なお、上記のほか、さらにＹ方向についても突起部等を設けて、接合の補強や位置決めを行うようにしてもよい。
【００５６】
また、接合補強部材２５の形状は、上記以外にも種々のものが考えられる。例えば、図６に示すように、接合面Ｓ１，Ｓ２の側方から延ばすような形状とすることで、接合部ＳＳでの接着面を拡張するものとしてもよい。
【００５７】
以上のように、本実施形態の導光板２０は、接合補強部材２５を有することで、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２との接合を強力にして光学性能を保たせることができる。また、接合補強部材２５は、位置決め部材として接合面Ｓ１と接合面Ｓ２とをずれることなく確実に位置決めさせることができる。以上により、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ１との位置関係が精密となり、接合部ＳＳでの光学性能をより高いものにできる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
以下、図７により、第１実施形態を変形した第３実施形態について説明する。本実施形態に係る導光板は、画像取出部の構造を除いて図１（Ａ）等に示す導光板２０と同様の構造を有するため、図７においては、図１（Ｂ）に対応するもののみを示す。
【００５９】
本実施形態に係る導光板１２０では、第１ブロック部分Ｂ１は、図１（Ｂ）のものと同様の構造を有している。これに対して、第２ブロック部分Ｂ２は、一の側面ＳＦ１から他の側面ＳＦ２まで延びる傾斜した部分反射面である多数の画像光反射面１２３ａで構成される画像取出面１２３を有している。
【００６０】
このような画像取出面１２３の作製方法については、例えば細いプリズムを多数作製して、それぞれに画像光反射面１２３ａとなるべき反射膜を施してこれらのプリズムを貼り合せる方法が考えられる。また、多数の板状の部材を貼り合せてその一部を斜めに切出すことによって作製することも考えられる（詳しくは、特表２００３−５３６１０２号公報参照）。
【００６１】
以上のように、画像取出面１２３の光学的精度を高く保つためには、画像取出面１２３がガラス製であることが望ましい。しかしながら、屈折による画像の劣化等を避けるために、導光板１２０全体をガラス製とすると、構造的に作製が容易でなく、また、重量も大きくなってしまう。
【００６２】
これに対して、本発明では、第１ブロック部分Ｂ１の接合面Ｓ１と第２ブロック部分Ｂ２の接合面Ｓ２とを導光方向すなわちＺ方向に対して垂直としていることで、両者間に多少の屈折率差がある場合にも画像の劣化が抑制可能である。つまり、両者を異なる材料で構成することが許容される。従って、本実施形態において、例えば高い光学的精度を要求される画像取出面１２３を有する第２ブロック部分Ｂ２は、本体部分ＢＢｂをガラス部材で構成する一方、導光板１２０全体に占める割合が比較的大きい第１ブロック部分Ｂ１は、本体部分ＢＢａを樹脂部材で構成することが可能である。
【００６３】
以上のように、本実施形態の導光板１２０は、一部をガラス部材で構成し、他の部分を樹脂部材で構成することで、画像取出部１２３での光学的精度を高く維持しつつ導光板１２０全体としては比較的軽量なものにすることができる。
【００６４】
〔第４実施形態〕
以下、図８（Ａ）等により、第１実施形態を変形した第４実施形態について説明する。本実施形態に係る導光板及び虚像表示装置は、画像取出部の構造を除いて図２（Ａ）等に示す導光板２０及び虚像表示装置１００と同様の構造を有する。従って、図２（Ａ）等の導光板２０及び虚像表示装置１００と同符号のものについては、特に説明をしない限り、第１実施形態で説明したものと同等のものを示す。
【００６５】
図８（Ａ）に示す虚像表示装置２００は、画像形成装置１０と、導光板２２０とを一組として備える。導光板２２０は、第１及び第２ブロック部分Ｂ１，Ｂ２で構成され、このうち、第２ブロック部分Ｂ２は、画像取出部２２３を有する。
【００６６】
ここで、図８（Ｂ）〜８（Ｄ）に示すように、画像取出部２２３は、第１及び第２の反射面２２３ａ，２２３ｂを１組とする反射ユニット２２３ｃによって、画像光を２回反射して角度変換を行う点において、上記他の実施形態における画像取出部２３，１２３と異なるものとなっている。
【００６７】
以下、画像光の光路について説明する。図８（Ａ）に示すように、投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の主要成分は、導光板２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて互いに異なる角度で全反射を繰り返す。具体的には、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３のうち、液晶デバイス１１の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ１は、入射光折曲面２１で反射された後、標準反射角α０で全反射面形成部２２の第２の全反射面２２ｂに入射し、標準反射角α０を保った状態で、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて例えばＮ回（Ｎは自然数）全反射された後、画像取出部２２３の中央部２２３ｋで反射され、光射出面ＯＳからこの面に対して垂直な光軸ＡＸ方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの一端側（−Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ２は、最大反射角α＋で第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて例えばＮ−Ｍ回（Ｍは自然数）全反射され、画像取出部２２３のうち反光入射面側（＋Ｚ側）の周辺部２２３ｍで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの他端側（＋Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ３は、最小反射角α−で第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて例えばＮ＋Ｍ回全反射され、画像取出部２２３のうち最も光入射面側（−Ｚ側）の周辺部２２３ｈで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。
【００６８】
以下、図８（Ｂ）〜８（Ｄ）等を参照して、画像取出部２２３の構造及び画像取出部２２３による画像光の光路の折曲げについて説明する。
【００６９】
まず、図８（Ｂ）に示すように、画像取出部２２３は、Ｙ方向に延びる細長い反射ユニット２２３ｃを全反射面形成部２２の延びるＺ方向に多数配列させることで構成されている。各反射ユニット２２３ｃは、奥側即ち＋Ｚ側に配置される第１の反射面２２３ａと、入口側即ち−Ｚ側に配置される第２の反射面２２３ｂとを１組のものとして有する。これらのうち、少なくとも第２の反射面２２３ｂは、一部の光を透過可能な部分反射面であり、観察者に外界像をシースルーで観察させることを可能にしている。また、各反射ユニット２２３ｃは、隣接する第１及び第２の反射面２２３ａ，２２３ｂにより、ＸＺ断面視においてＶ字又は楔状となっており、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。なお、第１の反射面２２３ａと第２の反射面２２３ｂとの相対角度βは、具体例において例えば５４．７°となっているものとする。また、以上のような構成の画像取出部２２３の作製については、まず、第１及び第２の反射面２２３ａ，２２３ｂとなるべき上記所定角度の傾斜面が射出成形によって成形され、次に、当該斜面に反射面として機能させるための反射膜を成膜し、さらに、当該反射膜を樹脂材料で埋めるものとなっている。
【００７０】
以下、画像取出部２２３による画像光の光路の折曲げについて説明する。ここでは、画像光のうち、画像取出部２２３の両端側に入射する画像光ＧＬ２及び画像光ＧＬ３について示し、他の光路については、これらと同様であるので図示等を省略する。また、第１の反射面２２３ａは、画像光の実際の入射面となっているが、本明細書では、画像光の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射角度を画像取出部２２３に対する入射角度即ち反射ユニット２２３ｃへの入射角と呼ぶこととする。
【００７１】
まず、図８（Ｂ）及び８（Ｃ）に示すように、画像光のうち全反射角度の最も大きい入射角α＋で導かれた画像光ＧＬ２は、画像取出部２２３のうち光入射面ＩＳ（図８（Ａ）参照）から最も遠い＋Ｚ側の周辺部２２３ｍに配置された１つの反射ユニット２２３ｃに入射し、最初に第１の反射面２２３ａで反射され、次に、第２の反射面２２３ｂで反射され、他の反射ユニット２２３ｃを経ることなく、図８（Ａ）に示す光射出面ＯＳから射出される。つまり、画像光ＧＬ２は、画像取出部２２３での１回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ少ない損失で虚像光として観察者側に取り出される。また、図８（Ｂ）及び８（Ｄ）に示すように、全反射角度の最も小さい入射角α−で導かれた画像光ＧＬ３も同様に、最初に第１の反射面２２３ａで反射され、次に、第２の反射面２２３ｂで反射される。
【００７２】
ここで、上記のような第１及び第２の反射面２２３ａ，２２３ｂでの２段階での反射の場合、図２に示すように、各画像光の入射時の方向と射出時の方向とのなす角である折り曲げ角ψは、いずれもψ＝２（Ｒ−β）（Ｒ：直角）であり、入射角α０，α＋，α−等の値によらず一定である。これにより、画像光を全体として観察者の眼ＥＹに集めるような角度状態で効率的に取り出すことが可能となる。
【００７３】
なお、画像光ＧＬ２の角度θ２と画像光ＧＬ３の角度θ３とは、大きさが略等しく逆向きとなっており、画像光による虚像の画角に相当するものとなっている。
【００７４】
以上のように、本実施形態の導光板２２０は、画像光を１回だけの通過で所望の角度に折り曲げられるので、効率的に取り出すことが可能となる。また、本実施形態の場合も、接合部ＳＳにおいて、接合面Ｓ１，Ｓ２を導光方向に対して略垂直に接続することで、画像が劣化することを抑制できる。
【００７５】
〔第５実施形態〕
以下、図９により、第１実施形態を変形した第５実施形態について説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、導光板の構造を除いて図２（Ａ）等に示す虚像表示装置１００と同様の構造を有する。従って、図２（Ａ）等の虚像表示装置１００と同符号のものについては、特に説明をしない限り、第１実施形態で説明したものと同等のものを示す。
【００７６】
図９に示す虚像表示装置３００は、画像形成装置１０と、導光板３２０とを一組として備える。導光板３２０は、第１及び第２ブロック部分Ｂ１，Ｂ２で構成され、このうち、第２ブロック部分Ｂ２は、画像取出部３２３を有する。
【００７７】
図示のように、導光板３２０は、第１ブロック部分Ｂ１と第２ブロック部分Ｂ２とを接合部ＳＳで接合した状態の平面視において台形状であり、側面として、入射光折曲面２１と、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂと、反射ユニット３２３ｃとを有する。このうち、反射ユニット３２３ｃは、１枚面の反射面であり、斜面上にハーフミラー層を付随させて形成され、光射出部Ｄ３において、画像取出部３２３を構成している。
【００７８】
また、導光板３２０は、光透過部材３２４を有している。光透過部材３２４は、第２ブロック部分Ｂ２の本体部分ＢＢｂと同一の屈折率を有する樹脂性かつ光透過性の部材である。また、光透過部材３２４は、反射ユニット３２３ｃに対向して平行に配置される面を有する楔状の部材であり、この面において第２ブロック部分Ｂ２と接合している。
【００７９】
第２ブロック部分Ｂ２において、画像取出部３２３は、上述した構成の反射ユニット３２３ｃを有している。反射ユニット３２３ｃにおいて、ハーフミラー層の反射率は、例えば２０％に設定され、画像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定されている。この場合、虚像表示装置３００は、反射ユニット３２３ｃ及び光透過性の光透過部材３２４を介してシースルーで観察させることを可能にする。
【００８０】
上述の構造を有する導光板３２０において、各画像光の反射回数が、射出される領域によって互いに異なるものとなっている。例えば、照明装置３１の＋Ｚ側から射出される画像光ＧＬ２は、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて計５回全反射され、反射ユニット３２３ｃに入射するのに対して、照明装置３１の−Ｚ側から射出される画像光ＧＬ３は、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて計３回全反射され、反射ユニット３２３ｃに入射するものにできる。このように、反射回数の異なる画像光を利用することで、光射出部から射出される画像光の射出角度の角度幅を広くとることができる。つまり、照明装置３１における異なる部分領域からの画像光を比較的広い視野角で取り込むことができるようになり、光射出部越しに観察される虚像の表示サイズを大きく確保することができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態の導光板３２０は、反射回数の異なる画像光を利用することで効率的に光を取り込むことが可能となる。また、本実施形態の場合も、接合部ＳＳにおいて、接合面Ｓ１，Ｓ２を導光方向に対して略垂直に接続することで、画像が劣化することを抑制できる。
【００８２】
〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８３】
上記の説明では、導光部Ｄ２の主要部を第１ブロック部分Ｂ１とするように接合部ＳＳの位置を設定しているが、接合部ＳＳの位置はこれ以外であってもよく、例えば導光部Ｄ２の光路上流側に接合部ＳＳがあるものとしてもよい。この場合、導光板２０における第１ブロック部分Ｂ１の占める割合は小さくなる。
【００８４】
上記の説明では、第１ブロック部分Ｂ１の平板状の部分である全反射面形成部２２の厚み方向（Ｘ方向）についての厚さＴと、第２ブロック部分Ｂ２の厚さＴとは、等しいものとしているが、厚さの大小関係については、厳密に等しい場合に限られず、これ以外であってもよい。これ以外の場合として、例えば第１ブロック部分Ｂ１側の本体部分ＢＢａの厚さを、第２ブロック部分Ｂ２側の本体部分ＢＢｂの厚さよりも薄くする構成とすれば、接合部の通過に際して画像光のロスを比較的少ないものにできる。
【００８５】
上記の説明では、多数の反射ユニットを有する構成としているが、１つの反射面で画像光を取り出す構成とするものについても、本構成のように２部材のブロック部分を接合して導光板を作製してもよい。
【００８６】
上記の説明では、画像表示素子として、透過型の液晶デバイス１１を用いているが、画像表示素子としては、透過型の液晶デバイスに限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶パネルを用いた構成も可能であり、液晶デバイス１１に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子用いた構成も可能である。さらに、レーザー光源とポリゴンミラーその他のスキャナーとを組みあわせたレーザースキャナーを用いた構成も可能である。なお、液晶デバイス１１やその光源において、画像取出部２３の光取出特性を考慮して輝度パターンの調整を行うこともできる。
【００８７】
上記の説明では、虚像表示装置１００は、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ画像形成装置１０及び導光板２０を備えるとしているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ画像形成装置１０と導光板２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【００８８】
上記の説明では、シースルー型の虚像表示装置について説明しているが、外界像を観察させる必要がない場合、画像光反射面２３ａ，１２３ａや、第１及び第２の反射面２２３ａ，２２３ｂを光反射率を略１００％にすることが可能である。
【００８９】
上記の説明では、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを同一の平面上に配置しているが、これに限らず、例えば、光入射面ＩＳを第１の全反射面２２ａと同一の平面上に配置し、光射出面ＯＳを第２の全反射面２２ｂと同一の平面上に配置することもできる。
【００９０】
上記の説明では、入射光折曲面２１を構成するミラー層２１ａや斜面ＲＳの角度について特に触れていないが、本発明は、ミラー層２１ａ等の光軸ＯＡに対する角度を用途や仕様に応じて様々な値とすることができる。
【００９１】
上記の説明では、反射ユニット２３ｃによるＶ字状の溝は、先端を尖った状態で図示しているが、Ｖ字状の溝の形状については、これに限らず、先端を平らにカットしているものや先端にＲを付けているものであってもよい。
【００９２】
上記の説明では、実施形態の虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、実施形態の虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。
【００９３】
上記の説明では、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により画像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明における全反射については、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂ上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角が全反射条件を満たした上で、全反射面２２ａ，２２ｂの全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって全反射面２２ａ，２２ｂの全体又は一部がコートされていてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１０…画像形成装置、  １１…液晶デバイス、  １２…投射光学系、  ２０…導光板、  ２０ａ…導光板本体部、  ２１…入射光折曲面、  ２２…全反射面形成部、  ２２ａ…第１の全反射面、  ２２ｂ…第２の全反射面、  ２３，１２３，２２３…画像取出部、  ２３ａ，１２３ａ…画像光反射面（部分反射面）、  ２２３ａ…第１の反射面、  ２２３ｂ…第２の反射面、  ２３ｃ，２２３ｃ…反射ユニット、  ２５…接合補強部材（位置決め部材）、  ２５ａ，２５ｂ…突起部、  １００，２００…虚像表示装置、  ＡＸ…光軸、  Ｂ１…第１ブロック部分（構造的な部分）、  Ｂ２…第２ブロック部分（構造的な部分）、  ＢＢａ，ＢＢｂ…本体部分、  ＣＣ…接着層、  Ｄ１…光入射部（機能的な部分）、  Ｄ２…導光部（機能的な部分）、  Ｄ３…光射出部（機能的な部分）、  ＥＹ…眼、  ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３，ＧＬｘ，ＧＬｙ…画像光、  ＩＳ…光入射面、  ＯＡ…光軸、  ＯＳ…光射出面、  ＳＳ…接合部、  Ｔ…厚さ、  ＴＴ…肉厚部分
【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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