(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な手法で輝度ムラ・画像ムラを抑制可能な虚像光を射出できる虚像表示装置用の導光板及び虚像表示装置を提供する。【解決手段】非連続反射ユニットにより観察者に虚像光を導く導光板で、反射ユニット２３ｃの第１の反射面２３ａ又は第２の反射面２３ｂに反射膜形成領域と反射膜非形成領域を混在させて形成する。【選択図】図４
2012123147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を内部に取り込む光入射部と、
対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、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、
所定方向に配列される複数の反射面を備え、前記反射面での光路の折り曲げによって、前記画像光を外部へ取出す画像取出部と、
前記画像取出部を経た前記画像光を前記外部に射出する光射出部と、を備えた導光板であって、
前記所定方向に配列される前記複数の反射面には、光を反射する反射部材が形成された反射部形成領域と、前記反射部材が形成されない反射部非形成領域を有すること、
を特徴とする導光板。
【請求項２】
前記反射部形成領域と、前記反射部非形成領域が非周期的な間隔で配置されること、
を特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記反射部形成領域の各反射部材形状が円形状であること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光板。
【請求項４】
前記複数の反射面は一群の反射ユニットを成し、ストライプ状に連続的に配列された複数の前記反射面には前記反射部形成領域と、前記反射部非形成領域からなる非連続反射ユニットが配置されること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の導光板。
【請求項５】
前記所定方向に配列される前記複数の反射面は第１及び第２の反射面より構成され、
前記第２の反射面は前記第１の反射面より前記光射出部に面して配置され、
前記第２の反射面の前記反射部形成領域と、前記反射部非形成領域における前記反射部材の形成された領域の比率より、
前記第１の反射面の前記反射部形成領域と、前記反射部非形成領域における前記反射部材の形成された領域の比率のほうが大きいこと、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導光板。
【請求項６】
前記所定方向に配列される前記複数の反射面は前記第１及び第２の反射面より構成され、
前記第１の反射面と前記第２の反射面の断面形状はＶ字の溝形状を呈し、
前記第１の反射面と前記第２の反射面とは互いに前記画像光を外部に射出する前記光射出部に対し前記Ｖ字の溝形状を有し、
前記Ｖ字の溝形状の谷部は鋭角をなし隣接して配置されていること、
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の導光板。
【請求項７】
画像光を内部に取り込む光入射部を形成する工程と、
対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、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、
所定方向に配列される複数の反射面を備え、前記反射面での光路の折り曲げによって、前記画像光を外部へ取出する画像取出部形成工程と、を有し、
前記画像取出部形成工程において、前記複数の反射面を形成する際に、光を反射する反射部材が形成された反射部形成領域と、前記反射部材が形成されない反射部非形成領域を部分的に形成すること、
を特徴とする導光板の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の導光板と、
前記導光板に導かれる画像光を形成する画像形成装置と、
を備えることを特徴とする虚像表示装置。
【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、その製造方法、及び導光板が組み込まれた虚像表示装置、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（画像光）が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、導光板の主面に対して所定角度をなして互いに平行に配置される複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１参照）。
【０００３】
また、同様の技術として、映像光を取り出すために、のこぎり歯状の部分に反射層を形成するものも知られている（特許文献２参照）。
特許文献２の技術では特許文献１よりも低コストで同様の導光板を作製することが可能となる。
【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】
ここで、上記特許文献１に示される導光板における反射部の製造方法では、１面１面の反射部は良好なものが作製できても、張り合わせる工程の際に反射面と透明基材との間に隙間ができるなどの傾向が生じやすく、良好な反射面を得ることが容易ではない。また、特許文献２についてものこぎり歯状の部分に反射層を設ける等の記載があるが、のこぎり刃状の面で良好な表面形状を得ることは難しく、また、反射層の形状等についての詳しい開示はない。
【０００６】
また、このような導光板では反射面は面粗さが小さく、散乱光が発生しにくい形状となっている必要がある。これは反射面の面粗さが大きいと（平坦性が小さいと）、導光板に導光してきた光が反射面で散乱してしまい、瞳に結像される映像に影響が出てきてしまうからである。具体的には上記特許文献１、２に示されるような一定方向に配列される反射面を有する導光板では、散乱光によって映像光の重なりが生じる部分と、映像光の重なりが生じない部分とが一定方向に配列されるため、映像光に明暗の縞が発生してしまう。
そこで本発明では、複数配置される反射部の形状を制御することで、基材表面の状態に影響を受けにくく、良好な映像を得られる導光板、導光板の製造方法及び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】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］上記課題を解決するため、本適用例に係る導光板は、画像光を内部に取り込む光入射部と、対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、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、所定方向に配列される複数の反射面を備え、反射面での光路の折り曲げによって、画像光を外部へ取出す画像取出部と、画像取出部を経た画像光を外部に射出する光射出部を備えた導光板であって、所定方向に配列される反射面には光を反射する反射部形成領域と、反射部材が形成されない反射部非形成領域を有することを特徴とする。
ここで、全反射とは、全ての光が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等を施して反射する場合も含まれるものとする。
【０００９】
本適用例によれば、観察者に導かれる映像光は、所定方向に配列される反射面の反射部形成領域からの光のみとなるため、反射面からの散乱光によって映像光の重なりが生じる部分と、映像光の重なりが生じない部分が一定方向に配列されなくなり、結果として映像光に生じる周期的な明暗の縞模様が見えにくくなる。
【００１０】
［適用例２］上記適用例に記載の導光板であって、反射部形成領域と、反射部非形成領域が非周期的な間隔で配置されることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、映像光における散乱光の重なる部分を効果的に減らすことができるようになり、映像光の周期的な縞模様をさらに見えにくくすることができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の導光板であって、反射部形成領域の各反射部形状が円形状であることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、複雑な形状や、厳密な位置あわせを必要としないマスクで容易に作製することができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載の導光板であって、反射部形成領域の１つの面積は所定ピッチで配列される反射ユニットよりも小さい領域で形成される、ことを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、導光板を透過して見える外界の映像を見るときに観察者に反射部材の影響を意識させない良好な視界を提供できる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に記載の導光板であって、所定方向に配列される複数の反射面は第１及び第２の反射面より構成され、第２の反射面は前記第１の反射面より光射出部に面して配置され、第２の反射面の反射部形成領域と、反射部非形成領域における反射部材の形成された領域の比率より、第１の反射面の反射部形成領域と、反射部非形成領域における反射部材の形成された領域の比率のほうが大きいことを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、導光板を透過して外界の映像を見るときに観察者に反射部材の影響を意識させない良好な視界を提供できる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に記載の導光板であって、所定方向に配列される前記複数の反射面は第１及び第２の反射面より構成され、第１の反射面と前記第２の反射面の断面形状はＶ字の溝形状を呈し、第１の反射面と第２の反射面とは互いに画像を外部に射出する光射出部に対しＶ字の溝形状を有し、Ｖ字の溝形状の谷部は鋭角をなし隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、一群の反射ユニットがＶ字の溝形状がストライプ状に連続的に配列されるので分解能の良い画像光を取り出すことができ、さらに非連続の反射部材を配置することで反射光の重なりによる周期的な反射成分を少なくすることができる。これにより明度ムラを抑制することができる。
【００２０】
［適用例７］本適用例に係る導光板の製造方法は、画像光を内部に取り込む光入射部形成する工程と、対向して延びる第１及び第２の全反射面を有し、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、所定方向に配列される複数の反射面を備え、反射面での光路の折り曲げによって、画像光を外部へ取出す画像取出部形成工程と、を有し、画像取出部形成工程において複数の反射面を形成する際に光を反射する反射部形成領域と、反射部材が形成されない反射部非形成領域を部分的に形成することを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、観察者に導かれる映像光は、所定方向に配列される反射面の反射部形成領域からの光のみとなるため、反射部非形成領域からの散乱光の影響を受けることがなくなり、周期的な縞模様が見えにくくなる。
【００２２】
［適用例８］本適用例に係る虚像表示装置は、上記適用例に記載の導光板と、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。
【００２３】
本適用例によれば、上記適用例に記載の導光板を用いることで、虚像表示装置は、輝度ムラ・映像ムラを抑制され、かつ、光の利用効率の高い状態の虚像光を射出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（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２】画像取出し部について説明するためその一部を拡大した模式的な図であり、画像取出し部の斜視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、画像取出部の構造及び画像取出部における画像光の光と画像取出部における映像光の明暗縞の発生について説明するための模式的な図である。
【図４】第１及び第２の反射面の成膜状態について説明するための拡大図である。
【図５】（Ａ）は実施形態１の画像取出部の反射膜形成領域と、反射膜非形成領域の配置関係を示す正面図であり、（Ｂ）は変形例２の反射膜形成領域と、反射膜非形成領域の配置関係を示す正面図である。
【図６】（Ａ）は変形例３の反射膜形成領域と、反射膜非形成領域の配置関係を示す正面図であり、（Ｂ）は変形例４の反射膜形成領域と、反射膜非形成領域の配置関係を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る導光板と、導光板を組み込んだ虚像表示装置について説明する。
〔Ａ．導光板及び虚像表示装置の構造〕
図１に示す虚像表示装置にかかる導光板及び導光板を組み込んだ虚像表示装置について説明する。
【００２６】
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、観察者に外界像を透過させることで観察させるシースルータイプのものである。虚像表示装置１００において、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、ここでは右眼用のみを示し、左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。
【００２７】
画像形成装置１０は、画像表示素子である液晶デバイス１１と、光束形成用のコリメートレンズ１２とを備える。液晶デバイス１１は、光源（不図示）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。コリメートレンズ１２は、液晶デバイス１１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。なお、コリメートレンズ１２のレンズ材料は、ガラスやプラスチックのいずれとすることもできる。
【００２８】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、本実施形態に係る導光板２０は、導光板本体部２０ａと、入射光折曲部２１と、画像取出部２３とを備える。導光板２０は、画像形成装置１０で形成された画像光を虚像光として観察者の眼ＥＹに向けて射出し、画像として認識させるものである。
【００２９】
導光板２０の全体的な外観は、図中ＹＺ面に平行に延びる平板である導光板本体部２０ａによって形成されている。また、導光板２０は、長手方向の一端側に導光板本体部２０ａに埋め込まれた多数の微小ミラーによって構成される画像取出部２３を有し、長手方向の他端側に導光板本体部２０ａの一部を切欠いて形成された入射光折曲部２１を有する構造となっている。
【００３０】
導光板本体部２０ａは、光透過性を有する樹脂材料等により形成され、ＹＺ面に平行な２平面を備えた平板状となっている。導光板本体部２０ａは、画像形成装置１０に対向する表側の平面上に、画像形成装置１０からの画像光を取り込む光入射部である光入射面ＩＳと、画像光を観察者の眼ＥＹに向けて射出させる光射出部である光射出面ＯＳとを有している。
導光板本体部２０ａは、光入射面ＩＳの裏側において平行平板状の一部を切欠くように形成された矩形の斜面ＲＳを有し、当該斜面ＲＳ上には、これを被覆するようにミラー層２１ａが形成されている。ミラー層２１ａは、斜面ＲＳと協働することにより、入射光折曲部２１として機能する。また、導光板本体部２０ａにおいて、光射出面ＯＳの裏側の平面に沿って微細構造である画像取出部２３が形成されている。
【００３１】
導光板本体部２０ａの光入射面ＩＳに対向して配置される入射光折曲部２１は、導光板本体部２０ａの斜面ＲＳ上にアルミ、銀蒸着等の成膜を施すことにより形成され、入射光を反射し光路を略直交方向に近い所定方向に折り曲げるための反射面として機能する。つまり、入射光折曲部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＋Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を導光板本体部２０ａ内に導かれる。
【００３２】
また、導光板本体部２０ａは、入口側の入射光折曲部２１から奥側の画像取出部２３にかけて、入射光折曲部２１を介して内部に入射させた画像光を画像取出部２３に導くための導光部２２を有している。
【００３３】
導光部２２は、平行平板状の導光板本体部２０ａ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、入射光折曲部２１で折り曲げられた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から遠い裏側にあるものとし、第２の全反射面２２ｂが画像形成装置１０に近い表側にあるものとする。この場合、第２の全反射面２２ｂ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。入射光折曲部２１で反射された画像光は、まず、第２の全反射面２２ｂに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第１の全反射面２２ａ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。
【００３４】
導光板本体部２０ａの光射出面ＯＳに対向して配置される画像取出部２３は、導光部２２の奥側（＋Ｚ側）において、第１の全反射面２２ａの延長平面に沿ってこの延長平面に近接して形成されている。画像取出部２３は、導光部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂを経て入射してきた画像光を、所定角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。ここでは、画像取出部２３に最初に入射する画像光が虚像光としての取出し対象であるものとする。画像取出部２３の詳しい構造については、図２（Ａ）等により後述する。
【００３５】
また、導光板本体部２０ａに用いる透明樹脂材料の屈折率ｎは、１．５以上の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。
【００３６】
導光板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から導光板２０に入射した画像光は、入射光折曲部２１で一様に反射されて折り曲げられ、導光部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて繰り返し全反射されて光軸ＯＡに略沿って一定の広がりを有する状態で進む。さらに、画像取出部２３において適度な角度に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映像光等の画像光を認識することができる。
【００３７】
〔Ｂ．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１（Ａ）に示すように、画像形成装置１０の液晶デバイス１１において、射出面１１ａからそれぞれ射出される画像光のうち、射出面１１ａの中央部分から射出される光束成分を図中に破線で示す画像光ＧＬ１とし、射出面１１ａの周辺のうち中央部分より紙面右側（−Ｚ側）端部から射出される光束成分を図中に一点鎖線で示す画像光ＧＬ２とし、射出面１１ａの周辺のうち中央部分より紙面左側（＋Ｚ側）端部から射出される光束成分を図中に点線で示す画像光ＧＬ３とする。
【００３８】
コリメートレンズ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、射出面１１ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ１は、平行光束として入射光折曲部２１で反射された後、標準反射角θ0で導光部２２の第２の全反射面２２ｂに入射し、全反射される。
その後、画像光ＧＬ１は、標準反射角θ0を保った状態で、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射を繰り返す。画像光ＧＬ１は、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいてＮ回（Ｎは自然数）全反射され、画像取出部２３の中央部２３ｋに入射する。
画像光ＧＬ１は、中央部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ＹＺ面に対して垂直な光軸ＡＸ方向に平行光束として射出される。
【００３９】
射出面１１ａの一端側（−Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ２は、平行光束として入射光折曲部２１で反射された後、最大反射角θ+で導光部２２の第２の全反射面２２ｂに入射し、全反射される。画像光ＧＬ２は、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいてＮ−Ｍ回（Ｍは自然数）全反射され、画像取出部２３のうち最も奥側（＋Ｚ側）の周辺部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。この際の射出角は、入射光折曲部２１側に戻されるようなものになっており、＋Ｚ軸に対して鈍角となる。
【００４０】
射出面１１ａの他端側（＋Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ３は、平行光束として入射光折曲部２１で反射された後、最小反射角θ-で導光部２２の第２の全反射面２２ｂに入射し、全反射される。画像光ＧＬ３は、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいてＮ＋Ｍ回全反射され、画像取出部２３のうち最も入口側（−Ｚ側）の周辺部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。この際の射出角は、入射光折曲部２１側から離れるようなものになっており、＋Ｚ軸に対して鋭角となる。
【００４１】
なお、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、上記のように画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３間で反射回数が異なっていても、これによって輝度ムラが生じることは殆どなく、視認上において画像ムラ等の影響を感じることはない。また、画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３は、画像光の光束全体の一部を代表して説明したものであるが、他の画像光を構成する光束成分についても画像光ＧＬ１等と同様に導かれ光射出面ＯＳから射出されるため、これらについては図示及び説明を省略している。なお、画像光ＧＬ２，ＧＬ３は、光射出面ＯＳを通過する際に、多少屈折作用を受ける。
【００４２】
〔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、図２（Ａ）等により、画像取出部２３の構造及び画像取出部２３による画像光の光路の折曲げについて詳細に説明する。
【００４３】
まず、画像取出部２３の構造について説明する。画像取出部２３は、ストライプ状に配列され多数の線状で構成された、複数の反射面としての反射ユニット２３ｃで構成される。つまり、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、画像取出部２３は、Ｙ方向に延びる細長い反射ユニット２３ｃを所定のピッチＰＴで導光部２２の延びる方向即ちＺ方向に多数配列させることで構成されている。
【００４４】
各反射ユニット２３ｃは、奥側即ち光路下流側に配置される第１の反射面２３ａと、入口側即ち光路上流側に配置される第２の反射面２３ｂとを有する。また、各反射ユニット２３ｃは、隣接する第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂにより、ＸＺ断面視においてＶ字又は楔状となっている。
【００４５】
より具体的には、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂは、図１（Ａ）等に示す第１の全反射面２２ａに平行で反射ユニット２３ｃの配列されるＺ方向に対して垂直に延びる方向即ちＹ方向を長手方向として、線状に延びている。一群の反射ユニット２３ｃを構成する第１の反射面２３ａ又は第２の反射面２３ｂの断面形状は鋸歯状、Ｖ字の溝形状を呈し、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂは互いにαとなる鋭角をなし隣接して配置されている。
【００４６】
さらに、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂは、当該長手方向を軸として、第１の全反射面２２ａに対してそれぞれ異なる角度（即ちＹＺ面に対してそれぞれ異なる角度）で傾斜している。結果的に、第１の反射面２３ａは、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延び、第２の反射面２３ｂも、周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。
【００４７】
図２（Ａ）等に示す具体例において、各第１の反射面２３ａは、第１の全反射面２２ａに対して略垂直な方向（Ｘ方向）に沿って延びているものとしている。また、各第２の反射面２３ｂは、対応する第１の反射面２３ａに対して所定角度（相対角度）α（鋭角）をなす方向に延びている。ここで、相対角度αは、具体例において例えば５４．７°となっているものとする。
【００４８】
図２（Ａ）等に示す具体例において、第１の反射面２３ａは、第１の全反射面２２ａに対して略垂直であるものとしているが、第１の反射面２３ａの方向は、導光板２０の仕様に応じて適宜調整されるものであり、第１の全反射面２２ａに対して時計回りに例えば８０°から１００°までの範囲内でいずれかの傾斜角度をなすものとできる。
また、第２の反射面２３ｂの方向は、導光板２０の仕様に応じて第１の全反射面２２ａの傾斜状態を基準として適宜調整されるものであり、第１の全反射面２２ａに対して時計回りに例えば３０°から４０°までの範囲内でいずれかの傾斜角度をなすものとできる。結果的に、第２の反射面２３ｂは、第１の全反射面２２ａに対して４０°から７０°程度の相対角度を有するものとなる。
【００４９】
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詳しく説明する。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。
【００５０】
まず、図２（Ａ）及びその拡大図である図２（Ｂ）に示すように、画像光のうち全反射角度の最も大きい反射角θ+で導かれた画像光ＧＬ２は、画像取出部２３のうち光入射面ＩＳ（図１（Ａ）参照）から最も遠い＋Ｚ側の周辺部２３ｈに配置された１つの反射ユニット２３ｃに入射する。
図２（Ｂ）に示すように、当該反射ユニット２３ｃにおいて、画像光ＧＬ２は、最初に奥側即ち＋Ｚ側の第１の反射面２３ａで反射され、次に、入口側即ち−Ｚ側の第２の反射面２３ｂで反射される。当該反射ユニット２３ｃを経た画像光ＧＬ２は、他の反射ユニット２３ｃを経ることなく、図１（Ａ）等に示す光射出面ＯＳから射出される。つまり、画像光ＧＬ２は、画像取出部２３での１回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ観察者側に取り出される。
【００５１】
また、図２（Ａ）及びその拡大図である図２（Ｃ）に示すように、全反射角度の最も小さい反射角θ-で導かれた画像光ＧＬ３は、画像取出部２３のうち光入射面ＩＳ（図１（Ａ）参照）に最も近い−Ｚ側の周辺部２３ｍに配置された１つの反射ユニット２３ｃに入射する。
図２（Ｃ）に示すように、当該反射ユニット２３ｃにおいて、画像光ＧＬ３は、図２（Ｂ）の画像光ＧＬ２の場合と同様に、最初に奥側即ち＋Ｚ側の第１の反射面２３ａで反射され、次に、入口側即ち−Ｚ側の第２の反射面２３ｂで反射される。当該反射ユニット２３ｃを経た画像光ＧＬ３は、他の反射ユニット２３ｃを経ることなく、画像取出部２３での１回だけの通過で所望の角度に折り曲げられ観察者側に取り出される。
【００５２】
ここで、上記のような第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂでの２段階での反射の場合、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）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βは、いずれもβ＝２（Ｒ−α）（Ｒ：直角）となる。つまり、折り曲げ角βは、画像取出部２３に対する入射角度即ち各画像光の全反射角度である反射角θ0，θ+，θ-等の値によらず一定である。
これにより、上記のように、画像光の全反射角度の比較的大きい成分を、画像取出部２３のうち＋Ｚ側の周辺部２３ｈ側に入射させ、全反射角度の比較的小さい成分を、画像取出部２３のうち−Ｚ側の周辺部２３ｍ側に入射させた場合にも、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。
このような角度関係で画像光を取出す構成であるため、導光板２０は、画像光を画像取出部２３において複数回通過させず、１回だけ通過させることができ、画像光を少ない損失で虚像光として取り出すことを可能にする。
【００５３】
なお、導光部２２の形状や屈折率、画像取出部２３を構成する反射ユニット２３ｃの形状等の光学的な設計において、画像光ＧＬ２，ＧＬ３等が導かれる角度等を適宜調整することで、光射出面ＯＳから射出される画像光を、基本の画像光ＧＬ１即ち光軸ＡＸを中心として、全体として対称性が保たれた状態の虚像光として観察者の眼ＥＹに入射させることができる。
つまり、一端の画像光ＧＬ２のＸ方向又は光軸ＡＸに対する角度γ2と、他端の画像光ＧＬ３のＸ方向又は光軸ＡＸに対する角度γ3とは、大きさが略等しく逆向きとなっている。なお、画像光ＧＬ２，ＧＬ３の角度γ2，γ3は、光射出面ＯＳ又は第２の全反射面２２ｂに対して比較的垂直に近いものとなっており、光射出面ＯＳを十分な透過率で通過する。
【００５４】
ここで、第１の反射面２３ａの光反射率は、第２の反射面２３ｂの光反射率よりも高いものとなっている。より具体的には、第２の反射面２３ｂの光反射率は、５０％以上であるものとし、第１の反射面２３ａの光反射率は、略１００％であるものとする。これにより、上述した第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂでの画像光の反射効率を比較的高いものとすることができる。
既述のように、虚像表示装置１００は、観察者に外界像を透過させて観察させるシースルータイプ（シースルー型）のものであり、この場合、外界像の観察を確保する等の要請から、一般には各反射面の光反射率に上限がある。つまり、例えば上記において第２の反射面２３ｂの光反射率を５０％以上としているが、この光反射率には例えば７０％といった仕様上の上限が設けられる。これに対して、第１の反射面２３ａは、図２（Ａ）等に示すように第１の全反射面２２ａに対して垂直或いは略垂直である場合、外界像の観察には影響しない。従って、光反射率を略１００％とすることができる。
これにより、この場合、第１の反射面２３ａでの光反射率を略１００％に高めることで、第２の反射面２３ｂでの透過を確保することによって外界像の観察を可能にしつつも、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂを合わせた反射ユニット２３ｃ全体としての反射効率を高いものとすることができる。
【００５５】
また、既に説明したように、一群の反射ユニット２３ｃを構成する第１の反射面２３ａ又は第２の反射面２３ｂは、ピッチＰＴが一定で互いに平行になっている。画像取出部２３を構成する各反射ユニット２３ｃの間隔であるピッチＰＴの具体的な数値範囲は、０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ〜１．３ｍｍとする。この範囲にあることにより、取り出されるべき画像光が、画像取出部２３において回折による影響を受けることなく、かつ、反射ユニット２３ｃによる格子縞が観察者にとって目立つものとならないようにすることができる。これにより、観察者の眼ＥＹに入射する虚像光である画像光を一様なものとでき、観察される画像の品質の低下を抑えることができる。
【００５６】
〔D．反射ユニットの形成と縦縞、ムラの発生〕
以下に、反射ユニット２３ｃの反射部形成領域と画像取出部における画像光の、散乱光による重なりによって発生する、画像光の明暗縞の発生について、図３（Ａ）〜図３（Ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００５７】
一群の反射ユニット２３ｃを構成する第１の反射面２３ａ（平坦面１２３ａ）又は第２の反射面２３ｂ（平坦面１２３ｂ）は、ピッチＰＴが一定で互いに平行になっている。しかし、平坦面１２３ａ、１２３ｂは製造上のバラツキ等により、理想的な平坦面とはならず、面粗さを有する。従って、第１の反射面２３ａ又は第２の反射面２３ｂからの反射光は理想的には反射面に光線が当たる面積と同じ光束幅で光射出面ＯＳに導かれるのに対して、散乱の影響を受け一定の広がりを有する。
【００５８】
さらに、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂは、Ｙ方向を長手方向の軸として、第１の全反射面２２ａに対してそれぞれ異なる角度（即ちＹＺ面に対してそれぞれ異なる角度）で傾斜し、第１の反射面２３ａ及び第２の反射面２３ｂは周期的に繰り返してＹ方向に配列され互いに平行に延びている。一群の反射ユニット２３ｃがストライプ状に連続して配列された線状の反射ユニット２３ｃである場合、この構造により、反射ユニット２３ｃから反射された光は連続して一定の広がりをもって反射するため、光射出面ＯＳ（全反射面２２ｂ）から射出した画像光には、図３（Ｂ）に示すように、隣接する反射面からの画像光が重なる部分は明るく、画像光が重ならない部分は暗く、という具合に画像光の重なり部が生じ、この画像光が観察者の瞳に導き、瞳に結像される画像にＹ方向の縦縞、ムラ等の影響が出てしまう。
【００５９】
この現象を防止する目的で、図５で後述する一群の反射ユニット２３ｃを非連続反射ユニット２３ｃ’として構成する。具体的には第１の反射面２３ａ又は第２の反射面２３ｂに、反射部形成領域としての反射膜形成領域４１と、反射膜が形成されていない反射部非形成領域としての反射膜非形成領域４２を混在させる。
【００６０】
図４は、図１（Ｂ）に示した画像取出部２３の第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂの反射膜ＭＢの状態を説明する拡大図である。図４には、反射膜ＭＢによって形成される第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂの状態の一例が、反射ユニット２３ｃの１つ分を取り出したものとして図示されている。
図示の反射膜ＭＢは、金属材料層であり、第１の反射面２３ａに対応する（一様な）厚みの第１の反射面部分ＭＢ１と第２の反射面２３ｂに対応する（一様な）厚みの第２の反射面部分ＭＢ２とによって構成される。
【００６１】
ここで、第１の反射面部分ＭＢ１の膜厚ｔ１と第２の反射面部分ＭＢ２の膜厚ｔ２とは、互いに異なる値となっている。これにより、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂは、それぞれ必要な光反射率となっている。この第１の反射面部分ＭＢ１と第２の反射面部分ＭＢ２との膜厚の差は、斜方蒸着等において、蒸着源であるアルミ粒子、銀粒子等の入射角度を適宜調整することで生じさせることができる。ここでは、第１の反射面部分ＭＢ１の膜厚ｔ１のほうが、第２の反射面部分ＭＢ２の膜厚ｔ２よりも厚くなっている。これにより、第１の反射面２３ａの光反射率を第２の反射面２３ｂの光反射率よりも高いものとしている。
【００６２】
各膜厚ｔ１，ｔ２を調整することで、例えば、第１の反射面２３ａの光反射率を略１００％とし、第２の反射面２３ｂの光反射率を５０％以上の所定値にすることができる。これにより、第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂは、一組の反射ユニット２３ｃとして、例えば画像光ＧＬ２等の入射光の折り曲げに際して、入射光を所望の光反射率で反射させて折り曲げることができる。また、一群の反射ユニット２３ｃがストライプ状に連続的に配列された線状の反射ユニット２３ｃである場合、反射された光は一定の広がりをもって反射するため、画像光の重なり部が光射出面ＯＳ（全反射面２２ｂ）から射出した画像光に生じ、画像光が観察者の瞳に導き、瞳に結像される画像にＹ方向の縦縞、ムラ等の影響が出てしまう。
【００６３】
これを防止するため、上記反射膜ＭＢにより反射膜形成領域４１を形成する場合は、反射膜を配置する表面形状に合わせ成膜用のマスクを作製し、導光板２０用の基材に形成した画像取出部２３となるＶ字形状の溝が複数連なる鋸歯状部を形成した領域に、反射膜を配置する表面形状に合わせた開口部を有する蒸着マスクの位置を合わせて配置し、その上からアルミ、銀等からなる高反射材料を蒸着形成する。反射膜の形状についての詳しい構造は、図５等により後述する。
【００６４】
図５（Ａ）に示すように、画像取出部２３にストライプ状に配列された線状の反射ユニット２３ｃには、非連続反射ユニット２３ｃ’として上述した反射膜ＭＢがコートされている反射膜形成領域４１と、反射膜ＭＢが形成されていない反射膜非形成領域４２が存在する。反射膜形成領域４１では上述したように画像光が折り曲げられ、光射出部へと導かれる。反射膜非形成領域４２では画像光は斜面を通り抜け画像光として観測者に導かれることは無くなる。
【００６５】
反射膜形成領域４１と反射膜非形成領域４２は非連続反射ユニット２３ｃ’の中に占める割合を適宜変化させることが出来る。具体的には、透過率を０％に設定したければ、反射ユニット２３ｃ全面に反射膜ＭＢをコートし、２０％の透過率に設定したければ反射ユニット２３ｃに２０％の開口を残して反射膜ＭＢを形成すればよい。このように反射膜形成領域４１と反射膜非形成領域４２を調整することで、画像光と外界像の見え方を調整することが可能となる。また、反射膜形成領域４１と反射膜非形成領域４２はまとまって配置するのではなく、反射ユニット２３ｃの範囲内で領域を分割して非連続反射ユニット２３ｃ’として複数の位置に配置されることが望ましい。
さらに望ましくはこれら反射膜形成領域４１と反射膜非形成領域４２がランダムで配置されることで反射膜ＭＢからの散乱光の重なりに周期的な成分が無くなり、より効果的に画像光に見える縞模様、ムラ等を軽減することが可能となる。一群の非連続反射ユニット２３ｃ’の複数の反射面がストライプ状に連続的に配列されるのを抑制することで、周期的な成分を少なくすることができ、より効果的に画像光に見える縞模様、ムラ等を軽減することが可能となる。
上記、反射膜形成領域４１と反射膜非形成領域４２の選択的な形成は、マスク蒸着等によるマスキング蒸着、全面蒸着後にフォトグラフィーによるエッチング方法で不要部の反射膜ＭＢを除去することで反射膜形成領域４１と反射膜非形成領域４２の選択的な形成が可能である。以上のような既存の方法を適宜組み合わせることで反射膜の選択的な形成が実現可能である。
【００６６】
図５（Ｂ）に示すように、反射膜形成領域４１は非連続反射ユニット２３ｃ’をまたいで形成されてもよいが、より望ましくは１つの反射膜形成領域４１を非連続反射ユニット２３ｃ’とＺ軸方向に対して同じ幅にする方が良い。明暗の縞模様やムラは非連続反射ユニット２３ｃ’の中で反射膜形成領域４１が大きければ大きいほど散乱光の重なりも一定方向に存在することになり、認識しやすくなる。よって反射膜形成領域４１は小さいほど散乱光の重なりが一定方向に存在しなくなり、縞模様やムラは認識しづらくなる。しかし、反射膜形成領域４１が小さすぎると図４に示した第１及び第２の反射面２３ａ，２３ｂの両方の第１及び第２の反射面部分ＭＢ１，ＭＢ２を形成することが出来なくなるため、瞳に導かれる画像光が極端に低減してしまう。
以上から反射膜形成領域４１は縞模様やムラを認識しにくく、瞳に導かれる光を無駄にすることの無い非連続反射ユニット２３ｃ’と同じ大きさにすることが望ましい。
【００６７】
第１の反射面２３ａと第２の反射面２３ｂは斜方蒸着により同時に成膜しているが、それぞれ別々に蒸着して成膜をしても良い。このように反射面を複数回に分けて蒸着することにより、外界像に影響の無い垂直面である第１の反射面２３ａには全面に反射膜形成領域４１を形成し、外界像に影響のある斜面である第２の反射面２３ｂには部分的に反射膜形成領域４１を形成することができる。このように反射膜形成領域４１の比率を第１の反射面２３ａと第２の反射面２３ｂで変えることで、シースルー感を損なうことなく非連続反射ユニット２３ｃ’の幅に影響しない反射膜形成領域４１を選択することが可能となり、より効果的に縞模様やムラを軽減することが可能となる。
【００６８】
（第２実施形態）
以下、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）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。なお、図６（Ａ）、（Ｂ）において、第１実施形態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。
【００６９】
図６（Ａ）に示すように、第２の実施形態では反射膜形成領域５１及び反射膜非形成領域５２の１つ１つの面積がランダムな大きさで配置される。反射膜形成領域５１及び反射膜非形成領域５２の１つ１つの面積を変えることで反射膜からの散乱光の重なりをより効果的にずらすことが可能となり、縞模様をより軽減することが可能となる。
【００７０】
また、図６（Ｂ）に示すように反射膜形成領域５１を円形とすることも出来る。反射膜を円形とすることで、散乱光が重なる領域が点状となり、線状の重なりを持つ第１実施形態よりも縞模様を軽減させる効果がある。また、線状の反射膜形成領域５１に比べ円形状の反射膜形成領域５１にすることで、複雑な形状や、厳密な位置あわせを必要としないマスクで容易に作製することができる。尚、円形状とは略円形状であればよく、楕円形、円形状が重なった形状でも良く、反射光が直線となる部分が緩和され、縞模様をより緩和することが可能となる。
【００７１】
〔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で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。
【００７２】
まず、画像取出部２３を構成する反射ユニット２３ｃ、非連続反射ユニット２３ｃ’の配列のピッチＰＴについては、各第１の反射面２３ａ間において全て同一となっている場合に限らず、各ピッチＰＴにある程度の差異がある場合も含むものとする。また、非連続反射ユニット２３ｃ’は部分的に反射膜ＭＢを欠落させたものを含み、連続する反射面の一部に反射膜ＭＢの欠けを有するものも含む。
【００７３】
また、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、有機エレクトロルミネッセンス、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）アレイ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スキャナーを用いた構成も可能である。
【００７４】
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設ける構成としているが、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。
【００７５】
上記の説明では、シースルー型の虚像表示装置１００について説明しているが、画像取出部２３は、シースルー型以外の虚像表示装置についても適用可能である。
【００７６】
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構成とすることもできる。
【００７７】
上記において、導光板２０の外縁の側面に黒色塗装やサンドブラスト加工を施してもよい。この処置は、画像光や外光が導光板２０の端面で反射され、迷光となることを防止すると共に、外光が侵入することを防止する為、非常に有効である。
【００７８】
上記実施形態の説明では、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。
【符号の説明】
【００７９】
１０…画像形成装置、２０…導光板、２０ａ…導光板本体部、２１…入射光折曲部、２１ａ…ミラー層、２２…導光部、２２ａ…第１の全反射面、２２ｂ…第２の全反射面、２３…画像取出部、２３ａ…第１の反射面，２３ｂ…第２の反射面、２３ｃ…反射ユニット（鋸歯状部）、２３ｃ’…非連続（反射面）反射ユニット、４１…反射膜形成領域、４２…反射膜非形成領域、１００…虚像表示装置、１２３ａ，１２３ｂ…平坦面、ＭＢ…反射膜、ＩＳ…光入射面、ＯＳ…光射出面、ＥＹ…眼、ＰＴ…ピッチ、ＲＳ…入射光反射面（斜面）、ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３…画像光。
【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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