(57)【要約】【課題】ハードコート層を有して、かつ、導光部分での導光の性能を良好な状態に維持できる虚像表示装置及び虚像表示装置の製造方法を提供すること。【解決手段】導光装置２０が、逃げ溝である溝ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３によって構成される液溜り防止構造ＣＳや、導光部材２１と光透過部材２３との境界に設けられる段差部によって構成される液垂れ防止構造ＤＳを、流動制御構造として有している。これにより、ハードコート層の成膜において、原料となるコート液の流動を適切に制御して、導光装置２０の意図しない箇所にコート液による液溜りや液垂れが発生することを防げるので、ハードコート層ＣＣを有して、かつ、組付けの精度を悪化させず、かつ、導光装置２０での導光の性能を良好な状態に維持できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を形成する画像表示装置と、
前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、
前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を対向する第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、前記導光部を経た前記画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する導光装置と、
を備え、
前記導光装置は、コート液を塗布して硬化させることで形成され、前記画像光の導光に寄与する前記導光部の表面に設けられるハードコート層と、塗布された前記コート液の流動を制御する流動制御構造と、を有する、虚像表示装置。
【請求項２】
前記流動制御構造は、立体的形状の周辺に前記コート液の逃げ溝を有して前記コート液の液溜りを防止する液溜り防止構造である、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記導光装置は、前記投射光学系を含む他の部材との相対的な位置決めを行う位置決め部を有し、
前記液溜り防止構造は、前記位置決め部の周辺に前記逃げ溝を設けることで形成される、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記液溜り防止構造は、前記導光部を支持する支持部材の先端側の連結部に凹形状の前記立体的形状を有し、
前記逃げ溝は、前記凹形状の一部を切り欠いて形成される切り欠き部である、請求項２及び請求項３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記流動制御構造は、前記導光面を前記導光面の周辺部よりせり出した段差部を有して前記導光面側への前記コート液の液垂れを防止する液垂れ防止構造である、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記導光装置は、前記光入射部、前記導光部及び前記光射出部を含む導光部材と、前記光射出部に接合することによって外界光を観察する透視部を構成するとともに前記導光部材を支持する光透過部材とを有し、
前記液垂れ防止構造は、前記導光部材と前記光透過部材との境界において前記段差部を設けることで形成される、請求項５に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記ハードコート層は、前記コート液をディップ処理によって塗布することで形成される、請求項１から６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記導光装置において、前記流動制御構造は、前記導光装置の前記導光面及び前記導光装置のうち外部に露出する外観部を回避するように前記コート液の流路を設定している、請求項１から７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする前記第１の面と前記第２の面とを有し、
前記光入射部は、前記第１の面に対して所定の角度をなす第３の面を有し、
前記光射出部は、前記第１の面に対して所定の角度をなす第４の面を有する、請求項１から８までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
画像光を形成する画像表示装置と、前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と前記光入射部から取り込まれた前記画像光を対向する第１及び第２の面での全反射により導く導光部と前記導光部を経た前記画像光を外部へ取出す光射出部と前記画像光の導光に寄与する前記導光部の表面に設けられるハードコート層と前記ハードコート層の成膜のために塗布されるコート液の流動を制御する流動制御構造とを有する導光装置と、を備える虚像表示装置の製造方法であって、
前記コート液の流動を制御するための流動制御構造を準備する第１の工程と、
前記第１の工程において準備された前記流動制御構造により前記コート液の流動を制御しながら前記コート液を塗布し硬化させることで前記ハードコート層を成膜する第２の工程と、
を有する虚像表示装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の工程において、前記コート液をディップ処理によって塗布するディップ処理工程を含む、請求項１０に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記ディップ処理工程において、前記コート液の槽につけた前記導光装置となるべき基材を、前記流動制御構造による前記コート液の流路が傾くように引き上げる引上工程を含む、請求項１１に記載の虚像表示装置。
【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の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画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。
【０００３】
このような虚像表示装置において、画像光と外界光とを重畳させるために、シースルー光学系の提案がなされている（特許文献１参照）。また、ヘッドマウントディスプレイに関する技術ではないが、樹脂製の成形品の表面を保護するために、ハードコート層を設けることが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
ヘッドマウントディスプレイにおいて、画像光を適切な状態で導くためには、画像光を反射等によって伝搬させる導光板の表面部分の状態を良好に保つ必要がある。従って、当該表面部分の損傷を防いだり、表面の汚れの除去を容易にしたりするためにハードコート層を設けることが考えられる。特に、シースルー型のヘッドマウントディスプレイの場合には、導光板のうち露出する部分が多くなりやすく、表面部分にハードコート層を設けることがより重要となる。
【０００５】
しかしながら、ヘッドマウントディスプレイのうち導光板を含む導光部分は、例えば他の光学部品を組み付けるための位置決め部を周辺に付随させる場合があること等から、複雑な形状となる傾向にある。また、導光部分の形状は、光を的確に導くために、精密でなければならない。従って、導光部分を構成する光学部品にハードコート層を成膜する場合に、原料となるコート液が意図しない箇所に液溜りや液垂れを形成してしまうと、位置決め部として設けた溝や穴等をコート液が埋めてしまって組付けの精度を悪くしたり、導光部分となるべき導光面にコート液が垂れてしまって平坦性が損なわれ導光の性能を劣化させたりする可能性がある。以上のことから、ハードコート層を過剰とならないように所望の状態で設けることは、必ずしも容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４０９２４号公報
【特許文献２】特開２００９−５１９２０号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、保護用のハードコート層を設けつつも、組付けの精度を悪化させず、かつ、導光部分での導光の性能を良好な状態に維持できる虚像表示装置及び虚像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
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）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ１）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と、（ｃ２）光入射部から取り込まれた画像光を対向する第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、（ｃ３）導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する（ｃ）導光装置と、を備え、（ｄ）導光装置が、コート液を塗布し硬化させることで形成され、画像光の導光に寄与する導光部の表面に設けられるハードコート層と、塗布されたコート液の流動を制御する流動制御構造と、を有する。
【０００９】
上記虚像表示装置では、導光装置が、流動制御構造を有していることにより、ハードコート層の成膜時において、原料となるコート液の流動を適切に制御して、導光装置の意図しない箇所にコート液による液溜りや液垂れが発生することを防げる。これにより、他の光学部材との間での組付けの精度を悪化させず、かつ、導光装置での導光の性能を良好な状態に維持できる。
【００１０】
本発明の具体的な側面では、流動制御構造が、立体的形状の周辺にコート液の逃げ溝を有してコート液の液溜りを防止する液溜り防止構造である。この場合、液溜り防止構造を構成する逃げ溝によって対象箇所の余剰のコート液を除去して、液溜りの発生を防止することができる。
【００１１】
本発明の別の側面では、導光装置が、投射光学系を含む他の部材との相対的な位置決めを行う位置決め部を有し、液溜り防止構造が、位置決め部の周辺に逃げ溝を設けることで形成される。この場合、位置決め部において、液溜りの発生を防止することができ、組付けの精度を悪化させないようにすることができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、液溜り防止構造が、導光部を支持する支持部材の先端側の連結部に凹形状の前記立体的形状を有し、逃げ溝が、凹形状の一部を切り欠いて形成される切り欠き部である。この場合、切り欠き部において切り欠く方向を調整して液溜りを防止するものとすることが可能になる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、流動制御構造が、導光面を導光面の周辺部よりせり出した段差部を有して導光面側へのコート液の液垂れを防止する液垂れ防止構造である。この場合、液垂れ防止構造を構成する段差部によって余剰のコート液を堰き止めて、導光面となるべき領域への液垂れの発生を防止することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、導光装置が、光入射部、導光部及び光射出部を含む導光部材と、光射出部に接合することによって外界光の観察を可能にする透視部を構成するとともに導光部材を支持する光透過部材とを有し、液垂れ防止構造が、導光部材と光透過部材との境界において段差部を設けることで形成される。この場合、導光部材と光透過部材との境界において、導光部材の導光面となるべき領域への液垂れを防止でき、導光装置の導光の性能を良好な状態に維持できる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、ハードコート層が、コート液をディップ処理によって塗布することで形成される。この場合、導光装置が比較的複雑な形状を有していても、成膜されるハードコート層の膜厚を、比較的均一であって、導光装置の形状に影響を与えない程度に薄く、かつ、損傷から防いだり汚れの除去を容易にしたりするといったハードコートとして機能できる最低限の厚みを確保したものにできる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、導光装置において、流動制御構造が、導光装置の導光面及び導光装置のうち外部に露出する外観部を回避するようにコート液の流路を設定している。この場合、余剰なコート液が硬化して過剰な厚みのハードコート層が一部に形成されても、光学機能的にも、外観的にも影響を及ぼさないようにできる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、導光部が、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする上記第１の面と第２の面とを有し、光入射部が、第１の面に対して所定の角度をなす第３の面を有し、光射出部が、第１の面に対して所定の角度をなす第４の面を有する。この場合、例えば反射回数の異なる画像光を同時に合成して１つの虚像を形成する画像光として取り出して、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。
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明に係る虚像表示装置の製造方法は、（ａ）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ１）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と（ｃ２）光入射部から取り込まれた画像光を対向する第１及び第２の面での全反射により導く導光部と（ｃ３）導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と（ｃ４）画像光の導光に寄与する導光部の表面に設けられるハードコート層と（ｃ５）ハードコート層の成膜のために塗布されるコート液の流動を制御する流動制御構造とを有する（ｃ）導光装置と、を備える虚像表示装置の製造方法であって、（ｄ）コート液の流動を制御するための流動制御構造を準備する第１の工程と、（ｅ）第１の工程において準備された流動制御構造によりコート液の流動を制御しながらコート液を塗布し硬化させることでハードコート層を成膜する第２の工程と、を有する。
【００１９】
上記虚像表示装置の製造方法では、第２の工程において、ハードコート層の原料となるコート液の流動を適切に制御することで、作製されるべき導光装置の意図しない箇所にコート液による液溜りや液垂れが発生することを防げる。これにより、虚像表示装置の製造に際して、他の光学部材との間での組付けの精度を悪化させず、かつ、導光装置での導光の性能を良好な状態に維持できる。
【００２０】
本発明の具体的な側面では、第２の工程において、ハードコート層のコート液をディップ処理によって塗布するディップ処理工程を含む。この場合、製造される導光装置のうち導光部分の形状が比較的複雑であっても、導光面に所望の厚さの膜を均一に成膜できる。
【００２１】
本発明の別の側面では、ディップ処理工程において、コート液の槽につけた導光装置となるべき基材を、流動制御構造によるコート液の流路が傾くように引き上げる引上工程を含む。この場合、引上工程において、効率的に余剰のコート液を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の虚像表示装置を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、虚像表示装置を構成する第１表示装置の本体部分の平面図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。
【図３】（Ａ）は導光部材の正面図であり、（Ｂ）は導光部材の下面図であり、（Ｃ）は導光部材の左側面図であり、（Ｄ）は導光部材のＣＣ断面図である。
【図４】（Ａ）は光透過部材の裏面図であり、（Ｂ）は光透過部材のＢＢ断面図であり、（Ｃ）は光透過部材の左側面図であり、（Ｄ）は光透過部材の右側面図である。
【図５】（Ａ）は、ハードコート層の成膜処理のうち導光装置となるべき基材及びコート液を満たした処理層を準備した状態を示す図であり、（Ｂ）は、基材を処理槽に浸した状態を示す図であり、（Ｃ）は、基材を処理槽から引き上げる動作を示す図である。
【図６】（Ａ）は、光透過部材の一部を拡大した斜視図であり、（Ｂ）は、導光部材と光透過部材とを接合した状態の一部を拡大した斜視図である。
【図７】（Ａ）は、比較例の光透過部材の一部を拡大した斜視図であり、（Ｂ）は、比較例のディップ処理後の一例を示す図である。
【図８】（Ａ）は、導光装置の斜視図であり、（Ｂ）は、導光装置となるべき基材の側断面図である。
【図９】（Ａ）は、縦の第１方向に関する光路を展開した概念図であり、（Ｂ）は、横の第２方向に関する光路を展開した概念図である。
【図１０】虚像表示装置の光学系における光路を具体的に説明する平面図である。
【図１１】（Ａ）は、液晶表示デバイスの表示面を示し、（Ｂ）は、観察者に見える液晶表示デバイスの虚像を概念的に説明する図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。
【図１２】（Ａ）は、第２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、導光装置の正面図及び導光部材の平面図である。
【図１３】画像光の光路について説明する模式的な図である。
【図１４】ハーフミラー層を含む接合部を説明する断面図である。
【図１５】（Ａ）は、第３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、導光装置の正面図及び導光部材の平面図である。
【図１６】画像光の光路について説明する模式的な図である。
【図１７】ハーフミラー層を含む接合部を説明する断面図である。
【図１８】虚像表示装置を構成する第１表示装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔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について詳細に説明する。
【００２４】
〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す第１実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させることができる。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を覆う光学パネル１１０と、光学パネル１１０を支持するフレーム１２１と、フレーム１２１のうち前方のカバー部分から後方のつる部分（テンプル）にかけての部分に付加された第１及び第２駆動部１３１，１３２とを備える。ここで、光学パネル１１０は、第１パネル部分１１１と第２パネル部分１１２とを有し、両パネル部分１１１，１１２は、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面上で左側の第１パネル部分１１１と第１駆動部１３１とを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２パネル部分１１２と第２駆動部１３２とを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。
【００２５】
〔Ｂ．表示装置の構造〕
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、第１表示装置１００Ａは、画像形成装置１０と、導光装置２０とを備える。ここで、画像形成装置１０は、図１における第１駆動部１３１に相当し、導光装置２０は、図１における第１パネル部分１１１に相当する。なお、図１に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。
【００２６】
画像形成装置１０は、画像表示装置１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、画像表示装置１１は、２次元的な照明光ＳＬ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、照明装置３１及び液晶表示デバイス３２の動作を制御する駆動制御部３４とを有する。
【００２７】
画像表示装置１１の照明装置３１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源３１ａと、光源３１ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部３１ｂ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ＳＬ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。駆動制御部３４は、光源駆動回路３４ａと、液晶駆動回路３４ｂとを備える。光源駆動回路３４ａは、照明装置３１の光源３１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。液晶駆動回路３４ｂは、液晶表示デバイス３２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの画像光を形成する。なお、液晶駆動回路３４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。
【００２８】
以上の液晶表示デバイス３２において、第１方向Ｄ１は、投射光学系１２を通る第１光軸ＡＸ１と、後述する導光部材２１の第３反射面２１ｃに平行な特定線とを含む縦断面の延びる方向に対応し、第２方向Ｄ２は、上記第１光軸ＡＸ１と、上記第３反射面２１ｃの法線とを含む横断面の延びる方向に対応する。つまり、液晶表示デバイス３２の位置において、第１方向Ｄ１は、縦のＹ方向に相当し、第２方向Ｄ２は、横のＸ方向に相当する。
【００２９】
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。
【００３０】
導光装置２０は、導光部材２１と光透過部材２３とを接合したものであり、全体としてＸＹ面に平行に延びる平板状の光学部材を構成している。なお、導光部材２１と光透過部材２３とは、表面にハードコート層ＣＣを有している。
【００３１】
導光装置２０のうち、導光部材２１は、平面視において台形のプリズム状部材であり、側面を構成する第１の面から第４の面として、導光面である第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂと、第３反射面２１ｃと、第４反射面２１ｄとを有する。また、導光部材２１は、第１、第２、第３、及び第４反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに隣接するとともに互いに対向する上面２１ｅと下面２１ｆとを有する。ここで、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、ＸＹ面に沿って延び、導光部材２１の厚みｔだけ離間する。また、第３反射面２１ｃは、ＸＹ面に対して４５°以下の鋭角αで傾斜しており、第４反射面２１ｄは、ＸＹ面に対して例えば４５°以下の鋭角βで傾斜している。第３反射面２１ｃを通る第１光軸ＡＸ１と第４反射面２１ｄを通る第２光軸ＡＸ２とは平行に配置され距離Ｄだけ離間している。なお、以下に詳述するが、第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとの間には、稜を除去するように端面２１ｈが設けられている。導光部材２１は、この端面２１ｈも含めると、７面の多面体状の外形を有するものとなっている。
【００３２】
導光部材２１は、対向して延びる第１及び第２の面である第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射を利用して導光を行うものであり、導光に際して反射によって折り返される方向と、導光に際して反射によって折り返されない方向とがある。導光部材２１で導光される画像について考えた場合、導光に際して複数回の反射によって折り返される横方向すなわち閉じ込め方向ＤＷ２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに垂直（Ｚ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、液晶表示デバイス３２の第２方向Ｄ２に相当する。一方、導光に際して反射によって折り返されないで伝搬する縦方向すなわち非閉じ込め方向ＤＷ１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ及び第３反射面２１ｃに平行（Ｙ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、液晶表示デバイス３２の第１方向Ｄ１に相当する。なお、導光部材２１において、伝搬される光束が全体として向かう主導光方向は、−Ｘ方向になっている。
【００３３】
導光部材２１は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。より具体的には、導光部材２１は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材を樹脂製の本体部分２１ｓとし、これにミラー層やハーフミラー層等を施したものである。本体部分２１ｓは、例えば熱又は光重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化又は光硬化させることで形成されている。このように導光部材２１は、本体部分２１ｓを一体形成品とするが、機能的に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができる。
【００３４】
光入射部Ｂ１は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光入射面ＩＳと、光入射面ＩＳに対向する第３反射面２１ｃとを有する。光入射面ＩＳは、画像形成装置１０からの画像光ＧＬを取り込むための裏側又は観察者側の平面であり、投射光学系１２に対向してその第１光軸ＡＸ１に垂直に延びている。第３反射面２１ｃは、矩形の輪郭を有し、その矩形領域全体に、光入射面ＩＳを通過した画像光ＧＬを反射して導光部Ｂ２内に導くための全反射ミラーであるミラー層２５を有する。このミラー層２５は、導光部材２１の本体部分２１ｓの斜面ＲＳ上にアルミ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。第３反射面２１ｃは、投射光学系１２の第１光軸ＡＸ１又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光ＧＬを、全体として−Ｚ方向寄りの−Ｘ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光ＧＬを導光部Ｂ２内に確実に結合させる。
【００３５】
導光部Ｂ２は、互いに対向しＸＹ面に平行に延びる２平面として、光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる第１反射面２１ａと第２反射面２１ｂとを有している。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂの間隔すなわち導光部材２１の厚みｔは、例えば９ｍｍ程度とされている。ここでは、第１反射面２１ａが画像形成装置１０に近い裏側又は観察者側にあるものとし、第２反射面２１ｂが画像形成装置１０から遠い表側又は外界側にあるものとする。この場合、第１反射面２１ａは、上記の光入射面ＩＳや後述する光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、屈折率差を利用する全反射面であり、ミラー層等の反射コートが施されていないが、本体部分２１ｓの表面上に表面コート層であるハードコート層ＣＣを成膜することで形成されている。ハードコート層ＣＣは、虚像表示装置１００の露出部分に形成されるものであり、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを形成するとともに、当該露出部分を損傷から防いだり汚れの除去を容易にしたりして、映像の解像度低下を防止する。
【００３６】
光入射部Ｂ１の第３反射面２１ｃで反射された画像光ＧＬは、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光ＧＬは、第２反射面２１ｂ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、全体として導光装置２０の奥側の主導光方向すなわち光射出部Ｂ３を設けた＋Ｚ側に導かれる。なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂには反射コートが施されていないため、外界側から第２反射面２１ｂに入射する外界光又は外光は、高い透過率で導光部Ｂ２を通過する。つまり、導光部Ｂ２は、外界像の透視が可能なシースルータイプになっている。
【００３７】
光射出部Ｂ３は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光射出面ＯＳと、光射出面ＯＳに対向する第４反射面２１ｄとを有する。光射出面ＯＳは、画像光ＧＬを観察者の眼ＥＹに向けて射出するための裏側の平面であり、光入射面ＩＳと同様に第１反射面２１ａの一部となっており、第２光軸ＡＸ２に垂直に延びている。光射出部Ｂ３を通る第２光軸ＡＸ２と光入射部Ｂ１を通る第１光軸ＡＸ１との距離Ｄは、観察者の頭部の幅等を考慮して例えば５０ｍｍに設定されている。第４反射面２１ｄは、矩形の平坦面であり、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを反射して光射出部Ｂ３外に射出させるとともに外界光を透過させるためのハーフミラー層２８を、第４反射面２１ｄの中央に配置された矩形の部分領域に有する。このハーフミラー層２８は、光透過性を有する半透過反射膜である。ハーフミラー層（半透過反射膜）２８は、導光部材２１のうち第４反射面２１ｄを構成する斜面ＲＲ上に例えば銀等による金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層２８の画像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＧＬ'の観察を容易にする観点で、想定される画像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層２８の画像光ＧＬに対する反射率は、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％に設定される。
【００３８】
第４反射面２１ｄは、第１反射面２１ａに垂直な第２光軸ＡＸ２又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、上記ハーフミラー層２８により、導光部Ｂ２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを部分的に反射して全体として−Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、光射出面ＯＳを通過させる。なお、第４反射面２１ｄを透過した画像光の成分は、光透過部材２３に入射し、映像の形成には利用されない。
【００３９】
光透過部材２３は、導光部材２１の本体部分２１ｓと同一の屈折率を有する本体部分２３ｓで構成され、第１面２３ａと、第２面２３ｂと、第３面２３ｃとを有する。第１及び第２面２３ａ，２３ｂは、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂと同様、本体部分２３ｓの表面上に表面コート層であるハードコート層ＣＣを成膜することで形成されており、ＸＹ面に沿って延びている。また、第３面２３ｃは、ＸＹ面に対して傾斜しており、導光部材２１の第４反射面２１ｄに対向して平行に配置されている。つまり、光透過部材２３は、第２面２３ｂと第３面２３ｃとに挟まれた楔状の部材を有するものとなっている。光透過部材２３は、導光部材２１と同様に、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。光透過部材２３は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材を本体部分２３ｓとするものであり、本体部分２３ｓは、例えば熱又は光重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化又は光硬化させることで形成されている。
【００４０】
光透過部材２３において、第１面２３ａは、導光部材２１に設けた第１反射面２１ａの延長平面上に配置され、観察者の眼ＥＹに近い裏側にあり、第２面２３ｂは、導光部材２１に設けた第２反射面２１ｂの延長平面上に配置され、観察者の眼ＥＹから遠い表側にある。第３面２３ｃは、接着剤によって導光部材２１の第４反射面２１ｄに接合される矩形の光透過面である。以上の第１面２３ａと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第４反射面２１ｄとのなす角度εと等しくなっており、第２面２３ｂと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとのなす角度βと等しくなっている。
【００４１】
光透過部材２３と導光部材２１とは、両者の接合部分及びその近傍において、透視部Ｂ４を構成している。すなわち、第１及び第２面２３ａ，２３ｂには、ミラー層等の反射コートが施されていないため、導光部材２１の導光部Ｂ２と同様に外界光ＧＬ'を高い透過率で透過させる。第３面２３ｃも、外界光ＧＬ'を高い透過率で透過可能であるが、導光部材２１の第４反射面２１ｄがハーフミラー層２８を有していることから、第３面２３ｃの中央領域を通過する外界光ＧＬ'は、例えば２０％減光される。つまり、観察者は、２０％に減光された画像光ＧＬと８０％に減光された外界光ＧＬ'とを重畳させたものを観察することになる。
【００４２】
導光部材２１は、図３（Ａ）〜３（Ｄ）に示すように、平面視において台形のプリズム状部材であり、光透過部材２３は、図４（Ａ）〜４（Ｄ）に示すように、Ｕ字型の外観を有し、導光部材２１を嵌合可能とするものであり、左眼用の導光部材２１と右眼用の導光部材２１とにそれぞれ対応する左右一対の光透過部材２３，２３が一体となって正面視においてＨ字状の支持フレーム１２３を構成している。なお、支持フレーム１２３の中央部材２４ａには、鼻パッドを嵌め込むためのくり抜き２４ｘが形成されている。
【００４３】
図３（Ａ）等に示す導光部材２１は、図４（Ａ）等に示す支持フレーム１２３に対してそのくり抜き部ＳＰを埋めるように嵌合して、支持フレーム１２３の中央部材２４ａと上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとに挟まれるようにこれらに接合されて固定される。これにより、例えば図２（Ｂ）に示すような状態となり、全体として図１の光学パネル１１０が作製される。
【００４４】
図２（Ｂ）に示すように、上側支持部材２４ｂの先端部に設けた第１連結部２４ｅと下側支持部材２４ｃの先端部に設けた第２連結部２４ｆとは、立体的形状である穴Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３をそれぞれ有している。穴Ｈ１等にネジ（不図示）等で投射光学系１２等の光学部品が組み付けられる。つまり、穴Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、例えば導光装置２０に画像形成装置１０を組み付ける際の締結部として機能するとともに、導光装置２０に含まれる光入射部Ｂ１における光入射面ＩＳの位置と画像形成装置１０に含まれる投射光学系１２との相対的な位置決めを行うといった位置決め部として機能する。ここでは特に、図４（Ａ）等に示すように、穴Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の周辺には、穴Ｈ１〜Ｈ３の側面の一部を切り欠いて形成された溝ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３がそれぞれ設けられることで、液溜り防止構造ＣＳが形成されている。詳しくは後述するが、液溜り防止構造ＣＳは、ハードコート層ＣＣの成膜状態を厚みの過剰による局所的な斑のない適切なものとするために、ハードコート層ＣＣの原料となるコート液を塗布した際に当該コート液の流動を制御してコート斑の発生を抑制する流動制御構造ＦＳとして機能するものである。
【００４５】
また、図２（Ｂ）に戻って、導光部材２１と光透過部材２３との境界には、段差が設けられることで、液垂れ防止構造ＤＳが形成されている。詳しくは後述するが、液垂れ防止構造ＤＳは、ハードコート層ＣＣの成膜状態を厚みの過不足による局所的な斑のない適切なものとするために、ハードコート層ＣＣの原料となるコート液を塗布した際に当該コート液の流動を制御してコート斑の発生を抑制する流動制御構造ＦＳとして機能するものである。
【００４６】
以上のようなシースルー型の構成を有する虚像表示装置１００では、光を透過させる露出部分が多くなるため、導光部材２１や光透過部材２３の表面にシースルーを良好な状態に保つためのハードコート層ＣＣを設けることがより重要となる。一方、導光装置２０を構成する導光部材２１や光透過部材２３は、上述のように多数の面部分を有する比較的複雑な形状を有しており、導光装置２０の表面が所望の均一な膜厚のハードコート層ＣＣによって成膜された状態とすることは、必ずしも容易ではない。以上のことから、導光装置２０に設けられるハードコート層ＣＣは、例えばディップ処理によって成膜されることが望ましい。ここで、ディップ処理とは、一定の大きさの槽内にハードコート層ＣＣの原料であるコート液を満たし、その中に導光装置２０となるべき基材全体を漬け込んだ後、当該基材をゆっくり引き上げることで成膜を行うものをいう。このディップ処理によってハードコート層ＣＣの成膜を行うことで、導光装置２０のように複数の面部分を持つような複雑な形状であっても、基材を高速回転させ遠心力を利用して成膜するスピンコートやはけで塗布して成膜するバーコートといった方法に比べると、斑の少ない均一な膜を基材の各面部分に形成することができる。しかしながら、ディップ処理は、上記のように基材全体をコート液に浸してから引き上げるものであるため、例えば連結部２４ｅ，２４ｆの穴Ｈ１等のように基材の細かな部分に液溜りを生じたり、基材の各面の境界付近において液垂れを生じたりしてしまう可能性がある。本実施形態では、かかる事態を防ぐべく、例えば液溜りを生じやすい穴Ｈ１等に逃げ溝である溝ＣＴ１等を設けている。つまり、溝ＣＴ１等が余剰なコート液の流動を促すことで液溜りを防止する液溜り防止構造ＣＳを構成している。言い換えると、液溜り防止構造ＣＳがコート液の流動を制御する流動制御構造ＦＳとなっている。また、導光部材２１と光透過部材２３との境界に段差を設けて余剰なコート液を堰き止めて液垂れを防止する液垂れ防止構造ＤＳを形成している。言い換えると、液垂れ防止構造ＤＳがコート液の流動を制御する流動制御構造ＦＳとなっている。
【００４７】
〔Ｃ．ハードコート層の成膜〕
以下、虚像表示装置１００の作製工程のうち、ハードコート層ＣＣを成膜する工程の一例について簡単に説明する。ここでは、上記のように、ディップ処理によってハードコート層ＣＣの成膜を行うものとする。図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、ハードコート層ＣＣの成膜工程を模式的に示す図である。まず、図５（Ａ）に示すように、導光部材２１となるべき基材部分ＰＢと光透過部材２３となるべき基材部分ＰＣとを接合した導光装置２０となるべき基材ＰＡを準備する（流動制御構造準備工程；第１の工程）とともに、コート液ＣＬを満たした処理槽ＤＴを準備する（処理層準備工程）。なお、図５（Ａ）〜５（Ｃ）に示すように、基材ＰＡのうち基材部分ＰＣは、液溜り防止構造ＣＳすなわち流動制御構造ＦＳを有している。また、基材部分ＰＢと基材部分ＰＣとの境界に液垂れ防止構造ＤＳすなわち流動制御構造ＦＳが形成されている。次に、図５（Ｂ）に示すように、準備された基材ＰＡを処理槽ＤＴに浸して（ディップ処理工程）コート液ＣＬを基材ＰＡの表面全体に十分行き渡らせた後、図５（Ｃ）に示すように、処理槽ＤＴから基材ＰＡを引き上げる（引上工程）。なお、例えば引上工程において基材ＰＡを溝ＣＴ１等の逃げ溝が延びて形成されるコート液ＣＬの流路（図４（Ａ）参照）が傾くように引き上げることで、余剰なコート液ＣＬを落としてコート液ＣＬを薄く均一に塗布した状態にすることができる。最後に、引き上げられた基材ＰＡの表面に塗布されたコート液ＣＬを硬化させることで、ハードコート層ＣＣが成膜される（ハードコート層成膜工程；第２の工程）。なお、以上によって成膜されるハードコート層ＣＣの膜厚は、５μｍ程度となっていることが望ましい。これにより、ハードコート層ＣＣを成膜した後の導光装置２０の形状が、成膜前の形状を維持したものとなり、かつ、ハードコート層ＣＣが損傷から防いだり汚れの除去を容易にしたりするといったハードコートとしての機能できる程度の厚さを有するものとなる。
【００４８】
なお、上記の図５（Ａ）〜５（Ｃ）に示す一例では、導光部材２１となるべき基材部分ＰＢと光透過部材２３となるべき基材部分ＰＣとが組み付けられた状態の基材ＰＡを成膜するものとしているが、基材部分ＰＢと基材部分ＰＣとについてそれぞれ個別にハードコート層ＣＣを成膜することもできる。
【００４９】
〔Ｄ．液溜り防止構造〕
以下、ハードコート層ＣＣの成膜に際して余剰なコート液の流動を制御する流動制御構造ＦＳの一例として、虚像表示装置１００に設けられた液溜り防止構造ＣＳについて詳細に説明する。
【００５０】
図６（Ａ）は、光透過部材２３のうち、連結部２４ｅに設けられた液溜り防止構造ＣＳを構成する部分について拡大して示す斜視図であり、図４（Ａ）の破線領域ＬＵの部分に対応している。また、図６（Ｂ）は、導光部材２１と光透過部材２３とを接合した導光装置２０の一部について拡大して示す斜視図である。既述のように、連結部２４ｅに円形にくり抜かれて設けられた穴Ｈ１〜Ｈ３には、溝ＣＴ１や溝ＣＴ２といった逃げ溝が液溜り防止構造ＣＳを構成するものとして設けられている。例えば穴Ｈ１は、導光部材２１等の光学部品を組み付けるネジ構造を埋め込むためにザグリ加工した凹形状の部分であり、溝ＣＴ１は、穴Ｈ１の側面の一部を切り欠いて形成されている。つまり、溝ＣＴ１は、片側空きザグリ部或いはザグリ切り欠き部となっている。なお、詳しい図示及び説明を省略するが、穴Ｈ３と穴Ｈ３の雄編に設けられている溝ＣＴ３と（図４（Ａ）参照）についても、穴Ｈ１及び溝ＣＴ１と同様に、ザグリ加工した凹形状の部分とこの一部を切り欠いた切り欠き部とによる構造になっている。溝ＣＴ１は、非閉じ込め方向ＤＷ１（図２（Ｂ）等参照）に沿ったＹ方向に延びてコート液ＣＬを導光部分の外側に向けて流すものとなっている。ディップ処理工程（図５（Ｂ）参照）において穴Ｈ１を満たしたコート液ＣＬのうち余剰分は、引上工程（図５（Ｃ）参照）の際に流路の方向である溝ＣＴ１が延びる方向に沿って傾けることで、溝ＣＴ１から流れ出るので、ハードコート層ＣＣとして必要な分のみが表面上に残り、残った成分が硬化される。連結部２４ｅに設けられた他の穴Ｈ２，Ｈ３についても同様である。このように、本実施形態では、ディップ処理工程において、ハードコート層ＣＣの原料であるコート液ＣＬによって穴Ｈ１〜Ｈ３の内部が満たされても、コート液ＣＬから引き上げる引上工程の際に溝ＣＴ１等が液溜りを防止する液溜り防止構造ＣＳとして機能することによって余剰なコート液ＣＬが除去される。これに対して、穴Ｈ１及び穴Ｈ３を有するものの比較例として示す図７（Ａ）のように、位置決め部材である穴Ｈ１等が溝ＣＴ１等を有していない場合、ディップ処理において、例えば円形状の穴Ｈ１に入り込んだ余剰なコート液ＣＬが、表面張力等によって溜まったままの状態で硬化して、図７（Ｂ）に示すように穴Ｈ１，Ｈ３を塞いだり変形して小さくしたりして位置決め部として機能できなくしてしまうという可能性がある。本実施形態では、液溜り防止構造ＣＳにより、表面張力を抑制するとともに余剰なコート液ＣＬの逃げ道を形成することで、このような事態を回避できる。
【００５１】
また、図６（Ｂ）に示すように、導光部材２１と光透過部材２３とを接合した導光装置２０なるべき基材ＰＡにハードコートの成膜をする場合、穴Ｈ２に設けられた溝ＣＴ２によって形成されるコート液ＣＬの流路は、導光部材２１の一表面である平坦面ＦＦに向かうものとなる。なお、この平坦面ＦＦは、導光部材２１の上面２１ｅや下面２１ｆ（図３（Ａ）等参照）の一部に相当する。この場合、穴Ｈ２から溝ＣＴ２を介して流れ出る余剰のコート液ＣＬは、平坦面ＦＦ側に流れ出るため、平坦面ＦＦ上に余剰のコート液ＣＬが溜まって、多少他の部分よりも厚いハードコート層ＣＣが形成される可能性がある。しかし、平坦面ＦＦは、例えば反射面２１ｂや反射面２１ｃのように導光に寄与する導光面ではなく、また、図１に示す虚像表示装置１００の完成状態においては、フレーム１２１に隠れる部分であり、外部に露出する外観部でもない。従って、平坦面ＦＦのハードコート層ＣＣが多少厚くなっても、光学機能的にも、外観的にも影響を及ぼさない。本実施形態では、以上の溝ＣＴ２等に示すように、液溜り防止構造ＣＳすなわち流動制御構造ＦＳにおいて、流路を調整してコート液を平坦面ＦＦに向かわせることで、余剰なコート液ＣＬが導光面や外観部に向かうことを回避している。
【００５２】
〔Ｅ．液垂れ防止構造〕
以下、ハードコート層ＣＣの成膜に際して余剰なコート液の流動を制御する流動制御構造ＦＳの他の一例として、虚像表示装置１００に設けられた液垂れ防止構造ＤＳについて詳細に説明する。
【００５３】
図８（Ａ）は、導光部材２１と光透過部材２３とを接合した導光装置２０の全体について示す斜視図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す導光装置２０となるべき基材ＰＡのハードコート成膜前の状態を示す側面図である。図８（Ｂ）に示す基材ＰＡのうち、例えば導光部材２１となるべき基材部分ＰＢと光透過部材２３となるべき基材部分ＰＣとの境界周辺において不要なコート液が一時的に溜まり、溜まったコート液によって導光部材２１の導光面の１つである第２反射面２１ｂとなるべき面ＳＦｂに液垂れが生じると、第２反射面２１ｂの平坦性が損なわれて所望の状態で導光を行うことができず、画像が乱れてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、導光部材２１の第２反射面２１ｂとなるべき面ＳＦｂが、隣接する光透過部材２３の第２面２３ｂとなるべき面ＳＳに対して、＋Ｚ方向にせり出している。言い換えると、導光部材２１となるべき基材部分ＰＢと光透過部材２３となるべき基材部分ＰＣとの境界において、非閉じ込め方向ＤＷ１及び閉じ込め方向ＤＷ２（図２（Ｂ）等参照）の双方に垂直な方向（Ｘ方向）に沿って延びる段差部ＢＵが設けられることで、液垂れ防止構造ＤＳが形成されている。このような段差部ＢＵによる液垂れ防止構造ＤＳがあることで、例えば基材部分ＰＢと基材部分ＰＣとの境界付近においてコート液ＣＬが堰き止められる。特に、段差部ＢＵは、画像光全体としての進行方向である方向ＤＷ１と方向ＤＷ２との双方に垂直なＸ方向に沿ってコート液ＣＬを流すので面ＳＦｂ側すなわち第２反射面２１ｂ側に向かって液垂れすることなく排除できる。以上のように、導光装置２０では、段液垂れ防止構造ＤＳすなわち流動制御構造ＦＳが構成されていることにより、ハードコート層ＣＣの成膜においてコート液ＣＬの流路を調整して、余剰なコート液が不用意に垂れて導光面である第２反射面２１ｂの平坦性が損なわれ光学的機能が劣化する、といった事態が回避されている。
【００５４】
なお、以上において、＋Ｚ方向についての面ＳＦｂと面ＳＳとの差ｄが、例えば０．５ｍｍ程度あれば、狙いとするハードコート層ＣＣの厚みである５μ程度に比べて十分大きな幅となり、コート液ＣＬを堰き止めることができ、段差部ＢＵが液垂れを防止する液垂れ防止構造ＤＳとして十分に機能するものとなる。
【００５５】
〔Ｆ．画像光の光路の概要〕
以下、虚像表示装置１００における画像光の光路の概要について説明する。
【００５６】
図９（Ａ）は、液晶表示デバイス３２の縦断面ＣＳ１に対応する第１方向Ｄ１の光路を説明する図である。第１方向Ｄ１に沿った縦断面すなわちＹＺ面（展開後のＹ'Ｚ'面）において、液晶表示デバイス３２から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域３２ｂの上端側（＋Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬａとし、図中二点差線で示す表示領域３２ｂの下端側（−Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬｂとする。
【００５７】
上側の画像光ＧＬａは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度φ１の上方向から傾いて入射する。一方、下側の画像光ＧＬｂは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度φ２（｜φ２｜＝｜φ１｜）の下方向から傾いて入射する。以上の角度φ１，φ２は、上下の半画角に相当し、例えば６．５°に設定される。
【００５８】
図９（Ｂ）は、液晶表示デバイス３２の横断面ＣＳ２に対応する第２方向Ｄ２の光路を説明する図である。第２方向Ｄ２に沿った横断面ＣＳ２すなわちＸＺ面（展開後のＸ'Ｚ'面）において、液晶表示デバイス３２から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域３２ｂに向かって右端側（＋Ｘ側）の第１表示点Ｐ１から射出される成分を画像光ＧＬ１とし、図中二点差線で示す表示領域３２ｂに向かって左端側（−Ｘ側）の第２表示点Ｐ２から射出される成分を画像光ＧＬ２とする。
【００５９】
右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１は、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度θ１の右方向から傾いて入射する。一方、左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２は、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度θ２（｜θ２｜＝｜θ１｜）の左方向から傾いて入射する。以上の角度θ１，θ２は、左右の半画角に相当し、例えば１０°に設定される。
【００６０】
なお、第２方向Ｄ２又は閉じ込め方向ＤＷ２の横方向に関しては、導光部材２１中で画像光ＧＬ１，ＧＬ２が反射によって折り返され、反射の回数も異なることから、各画像光ＧＬ１，ＧＬ２が導光部材２１中で不連続に表現されている。また、観察者の眼ＥＹについては、図２（Ａ）の場合と比較して見ている方向が上下反対となっている。結果的に、横方向に関しては、全体として画面が左右反転するが、後に詳述するように導光部材２１を高精度に加工することで、液晶表示デバイス３２の右半分の画像と液晶表示デバイス３２の左半分の画像とが切れ目なく連続してズレなくつなぎ合わされたものとなる。なお、両画像光ＧＬ１，ＧＬ２の導光部材２１内での反射回数が互いに異なることを考慮して、右側の画像光ＧＬ１の射出角度θ１'と左側の画像光ＧＬ２の射出角度θ２'とは異なるものに設定されている。
【００６１】
以上により、観察者の眼ＥＹに入射する画像光ＧＬａ，ＧＬｂ，ＧＬ１，ＧＬ２は、無限遠からの虚像となっており、縦の第１方向Ｄ１又は非閉じ込め方向ＤＷ１に関しては、液晶表示デバイス３２に形成された映像が正立し、横の第２方向Ｄ２又は閉じ込め方向ＤＷ２に関しては、液晶表示デバイス３２に形成された映像が反転する。
【００６２】
〔Ｇ．横方向に関する画像光の光路〕
図１０は、第１表示装置１００Ａにおける具体的な光路を説明する断面図である。投射光学系１２は、３つのレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有している。
【００６３】
液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、投射光学系１２のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を通過することで平行光束化され、導光部材２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材２１内に導かれた画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい角度で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、平行光束として導光部材２１の第３反射面２１ｃで反射された後、第１反射角γ１で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される（第１回目の全反射）。その後、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１反射角γ１を保った状態で、第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第２回目の全反射）、次いで再度第１反射面２１ａに入射して全反射される（第３回目の全反射）。結果的に、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて計３回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、この第４反射面２１ｄで第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ１の傾きで平行光束として射出される。
【００６４】
液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、投射光学系１２のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を通過することで平行光束化され、導光部材２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材２１内に導かれた画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい角度で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、平行光束として導光部材２１の第３反射面２１ｃで反射された後、第２反射角γ２（γ２＜γ１）で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される（第１回目の全反射）。その後、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第２反射角γ２を保った状態で、第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第２回目の全反射）、再度第１反射面２１ａに入射して全反射され（第３回目の全反射）、再度第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第４回目の全反射）、再々度第１反射面２１ａに入射して全反射される（第５回目の全反射）。結果的に、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて計５回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、この第４反射面２１ｄで第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ２の傾きで平行光束として射出される。
【００６５】
図１０において、導光部材２１を展開した場合に第１反射面２１ａに対応する仮想的な第１面１２１ａと、導光部材２１を展開した場合に第２反射面２１ｂに対応する仮想的な第２面１２１ｂとを描いている。このように展開することにより、第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ'を通過した後、第１面１２１ａを２回通過し第２面１２１ｂを１回通過して光射出面ＯＳから射出されて観察者の眼ＥＹに入射することが分かり、第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ"を通過した後、第１面１２１ａを３回通過し第２面１２１ｂを２回通過して光射出面ＯＳから射出されて観察者の眼ＥＹに入射することが分かる。見方を変えると、観察者は、２つの位置の異なる入射等価面ＩＳ'，ＩＳ"の近傍に存在する投射光学系１２のレンズＬ３を重ねて観察していることになる。
【００６６】
図１１（Ａ）は、液晶表示デバイス３２の表示面を概念的に説明する図であり、図１１（Ｂ）は、観察者に見える液晶表示デバイス３２の虚像を概念的に説明する図であり、図１１（Ｃ）及び１１（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。図１１（Ａ）に示す液晶表示デバイス３２に設けた矩形の画像形成領域ＡＤは、図１１（Ｂ）に示す虚像表示領域ＡＩとして観察される。虚像表示領域ＡＩの左側には、液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤのうち中央から右側にかけての部分に相当する第１投射像ＩＭ１が形成され、この第１投射像ＩＭ１は、図１１（Ｃ）に示すように右側が欠けた部分画像となっている。また、虚像表示領域ＡＩの右側には、液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤのうち中央から左側にかけての部分に相当する投射像ＩＭ２が虚像として形成され、この第２投射像ＩＭ２は、図１１（Ｄ）に示すように左半分が欠けた部分画像となっている。
【００６７】
図１１（Ａ）に示す液晶表示デバイス３２のうち第１投射像（虚像）ＩＭ１のみを形成する第１部分領域Ａ１０は、例えば液晶表示デバイス３２の右端の第１表示点Ｐ１を含んでおり、導光部材２１の導光部Ｂ２において合計３回全反射される画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２を射出する。液晶表示デバイス３２のうち第２投射像（虚像）ＩＭ２のみを形成する第２部分領域Ａ２０は、例えば液晶表示デバイス３２の左端の第２表示点Ｐ２を含んでおり、導光部材２１の導光部Ｂ２において合計５回全反射される画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２を射出する。液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤの中央寄りにおいて第１及び第２部分領域Ａ１０，Ａ２０に挟まれて縦長に延びる帯域ＳＡからの画像光は、図１１（Ｂ）に示す重複画像ＳＩを形成している。つまり、液晶表示デバイス３２の帯域ＳＡからの画像光は、導光部Ｂ２において計３回全反射される画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２によって形成される第１投射像ＩＭ１と、導光部Ｂ２において計５回全反射される画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２によって形成される第２投射像ＩＭ２となって、虚像表示領域ＡＩ上で重畳していることになる。導光部材２１の加工が精密で、投射光学系１２によって正確にコリメートされた光束が形成されているならば、重複画像ＳＩについて、２つの投射像ＩＭ１，ＩＭ２の重畳によるズレや滲みを防止することができる。
【００６８】
以上では、液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１を含む第１部分領域Ａ１０から射出された画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射回数が計３回で、液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２を含む第２部分領域Ａ２０から射出された画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射回数が計５回であるとしたが、全反射回数については適宜変更することができる。つまり、導光部材２１の外形（すなわち厚みｔ、距離Ｄ、鋭角α，β）の調整によって、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の全反射回数を計５回とし、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数を計７回とすることもできる。また、以上では、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数が奇数となっているが、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを反対側に配置するならば、すなわち導光部材２１を平面視で平行四辺形型にすれば、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数が偶数となる。
【００６９】
なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂでの全反射は、ハードコート層ＣＣの屈折率の設定によっており、ハードコート層ＣＣの表面側で生じさせることもハードコート層ＣＣの内側で生じさせることもできる。ハードコート層ＣＣの表面側で全反射を生じさせる場合、上述した液垂れを防ぐことが特に重要となる。
【００７０】
以上のように、本実施形態では、導光装置２０が、逃げ溝である溝ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３によって構成される液溜り防止構造や、導光部材２１と光透過部材２３との境界に設けられる段差部ＢＵによって構成される液垂れ防止構造を、流動制御構造として有している。これにより、ハードコート層の成膜において、原料となるコート液の流動を適切に制御して、導光装置２０の意図しない箇所にコート液ＣＬによる液溜りや液垂れが発生することを防げる。従って、虚像表示装置１００を構成する各光学部品の組付けの精度を悪化させず、かつ、導光装置２０での導光の性能を良好な状態に維持できる。
【００７１】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１の虚像表示装置１００と同様であるものとする。
【００７２】
図１２（Ａ）〜１２（Ｃ）に示す虚像表示装置１００は、画像形成装置１０と、導光装置４２０とを一組として備える。導光装置４２０は、導光部材２１と、角度変換部４２３と、支持部材４２９とを備える。なお、図１２（Ａ）は、図１２（Ｂ）に示す導光装置４２０のＡ−Ａ断面に対応する。
【００７３】
導光部材２１の全体的な外観は、図中ＸＹ面に平行に延びる平板である本体部分２１ｓによって形成されている。また、導光部材２１は、側面として、第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂと、第３反射面２１ｃと、第１接合面２１ｊとを有する。また、導光部材２１は、第１、第２及び第３反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃに隣接するとともに互いに対向する上面２１ｅと下面２１ｆとを有する。さらに、導光部材２１は、長手方向の一端において本体部分２１ｓを拡張するように形成されたプリズム部ＰＳ及びこれに付随する第３反射面２１ｃを有し、長手方向の他端において多数のミラーによって構成される角度変換部４２３につながる構造となっている。
【００７４】
本体部分２１ｓは、光透過性の樹脂材料等により形成され、ＸＹ面に平行で画像形成装置１０に対向する裏側の平面上に、画像形成装置１０からの画像光を取り込む光入射面ＩＳを有している。本体部分２１ｓは、そのプリズム部ＰＳ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、これを被覆するようにミラー層２５が形成されている。ここで、ミラー層２５は、斜面ＲＳと協働することにより、光入射面ＩＳに対して傾斜した状態で配置される第３反射面２１ｃとして機能する。この第３反射面２１ｃは、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光を、全体として−Ｚ方向に偏った−Ｘ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を本体部分２１ｓ内に確実に結合させる。
【００７５】
導光部材２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、平板状の本体部分２１ｓの主面であり互いに対向しＸＹ面に対して平行に延びる２平面として、プリズム部ＰＳで折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる。第３反射面２１ｃで反射された画像光は、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第２反射面２１ｂ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、導光部材２１の奥側即ち角度変換部４２３を設けた−Ｘ側に導かれる。
【００７６】
図１２（Ｃ）に示すように、導光部材２１において、第３反射面２１ｃと後述する光入射面ＩＳとは、光入射部Ｂ１として機能する。また、導光部材２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに挟まれた本体部分２１ｓと、後述する角度変換部４２３とは、導光部Ｂ２として機能する。なお、角度変換部４２３は、光射出部Ｂ３として機能する。
【００７７】
角度変換部４２３は、導光部材２１の奥側（−Ｘ側）において、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂの延長平面に沿って形成されている。ここで、本体部分２１ｓの奥側端部は、角度変換部４２３の一部となっている。角度変換部４２３は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して傾斜し互いに平行に等間隔で配列される多数のハーフミラー層２８を有する。角度変換部４２３は、導光部材４２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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を介して観察者の眼ＥＹ側へ折り曲げる。つまり、角度変換部４２３は、画像光の角度を変換している。
【００７８】
光透過部材２３ｓは、角度変換部４２３を奥側（−Ｘ側）に延長した部分であり、導光部材４２１の本体部分２１ｓと同様に平板状の部材である。
【００７９】
以上において、角度変換部４２３の全部又は入口側の一部は、導光部材２１と組み合わせることで導光部Ｂ２の一部としても機能している。また、角度変換部４２３の全部又は奥側の一部は、光透過部材２３ｓと組み合わせることで透視部として機能している。
【００８０】
支持部材４２９は、図１２（Ｂ）に示すように、導光部材２１を支持するために角度変換部４２３及び光透過部材２３ｓの奥側（−Ｘ側）に位置する支持フレーム（不図示）の一部であり、Ｘ方向に延びる上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとをそれぞれ有し、導光部材２１及び角度変換部４２３を挟むようにして固定している。さらに、支持部材４２９は、上側支持部材２４ｂの先端部に設けた第１連結部２４ｅと下側支持部材２４ｃの先端部に設けた第２連結部２４ｆとを有している。連結部２４ｅ，２４ｆには、流動制御構造ＦＳとして、液溜り防止構造ＣＳが設けられている。また、支持部材５２９と導光部材５２１との境界には、液垂れ防止構造ＤＳが設けられている。
【００８１】
画像形成装置１０から射出され光入射面ＩＳから導光部材２１に入射した画像光は、第３反射面２１ｃで一様に反射されて折り曲げられ、導光部材２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて繰り返し全反射されて光軸ＡＸに略沿って一定の広がりを有する状態で進み、さらに、角度変換部４２３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、最終的に角度変換部４２３に付随する光射出面ＯＳから外部に射出される。光射出面ＯＳから外部に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。
【００８２】
以下、導光装置４２０中の画像光の光路について説明する。なお、第２実施形態における導光装置４２０は、縦の第１方向Ｄ１（Ｙ方向）に関して、図１（Ａ）の導光装置２０と同様に機能する。一方、導光装置４２０は、横の第２方向Ｄ２（Ｘ方向）に関して、多数の伝搬モードの画像光を導光させるものとなっており、２つの伝搬モードの画像光を導光させる図２（Ａ）の導光装置２０と異なっている。
【００８３】
図１２（Ａ）に示すように、画像表示装置１１の液晶表示デバイス（画像光形成部）３２から射出される画像光のうち、射出面３２ａの中央部分から射出される点線で示す成分を画像光ＧＬ４１とし、射出面３２ａの紙面右側（＋Ｘ側）から射出される一点鎖線で示す成分を画像光ＧＬ４２とし、射出面３２ａの紙面左側（−Ｘ側）から射出される二点鎖線で示す成分を画像光ＧＬ４３とする。
【００８４】
投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ４１，ＧＬ４２，ＧＬ４３の主要成分は、導光部材２１の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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ＧＬ４１，ＧＬ４２，ＧＬ４３のうち、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ４１は、投射光学系１２を通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、標準反射角γ０で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。その後、画像光ＧＬ４１は、標準反射角γ０を保った状態で、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射を繰り返す。画像光ＧＬ４１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいてＮ回（Ｎは自然数）全反射され、角度変換部４２３の中央部２３ｋに達する。この中央部２３ｋで反射された画像光ＧＬ４１は、光射出面ＯＳから当該光射出面ＯＳ又はＸＹ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。
【００８５】
液晶表示デバイス３２の射出面３２ａの一端側（＋Ｘ側）から射出された画像光ＧＬ４２は、投射光学系１２を通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、最大反射角γ＋で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。画像光ＧＬ４２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて例えばＮ−Ｍ回（Ｍは自然数）全反射され、角度変換部４２３のうち最も入口側（＋Ｘ側）の周辺部２３ｍに達する。この周辺部２３ｍで反射された画像光ＧＬ４２は、入口の第３反射面２１ｃ側から離れるように＋Ｘ軸に対して鈍角をなし、光軸ＡＸに対して角度θ１２（導光装置４２０内ではθ１２'）だけ傾斜した方向に射出される（図１３参照）。
【００８６】
液晶表示デバイス３２の射出面３２ａの他端側（−Ｘ側）から射出された画像光ＧＬ４３は、投射光学系１２の通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、最小反射角γ−で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。画像光ＧＬ４３は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて例えばＮ＋Ｍ回全反射され、角度変換部４２３のうち最も奥側（−Ｘ側）の周辺部２３ｈに入射する。この周辺部２３ｈで反射された画像光ＧＬ４３は、第３反射面２１ｃ側に戻されるように＋Ｘ軸に対して鋭角をなし、光軸ＡＸに対して角度θ１３（導光装置４２０内ではθ１３'）だけ傾斜した方向に射出される（図１３参照）。
【００８７】
図１４に示すように、角度変換部４２３は、複数のプリズム４２４を所定のピッチでＸ方向に多数配列した構造を有する。各プリズム４２４は、光射出側に第１接合面４２４ｊを有し、光入射側に第２接合面４２４ｃを有する。本体部分２１ｓの第１接合面２１ｊ上又は各プリズム４２４の第１接合面４２４ｊ上には、局所的な部分領域上に半透過反射膜であるハーフミラー層２８が形成されている。
【００８８】
第２実施形態の虚像表示装置１００においても、図１２（Ｂ）に示すように、流動制御構造ＦＳとして、液溜り防止構造ＣＳや液垂れ防止構造ＤＳを有している。これにより、ハードコート層の成膜に際してコート液の流動を適切に制御して、各光学部品の組付けの精度を悪化させず、かつ、導光装置４２０での導光の性能を良好な状態に維持できる。
【００８９】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない場合、第１の虚像表示装置１００と同様であるものとする。
【００９０】
図１５（Ａ）〜１５（Ｃ）に示す虚像表示装置１００は、画像形成装置１０と、導光装置５２０とを一組として備える。導光装置５２０は、導光部材２１と、角度変換部５２３と、支持部材５２９とを有している。導光部材５２１は、本体部分２１ｓと、画像取出部である角度変換部５２３とを備える。なお、図１５（Ａ）は、図１５（Ｂ）に示す導光部材５２１のＡ−Ａ断面に対応する。
【００９１】
導光部材５２１の全体的な外観は、図中ＸＹ面に平行に延びる平板である本体部分２１ｓによって形成されている。また、導光部材５２１は、側面として、第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂと、第３反射面２１ｃとを有する。また、導光部材５２１は、第１、第２及び第３反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃに隣接するとともに互いに対向する上面２１ｅと下面２１ｆとを有する。さらに、導光部材５２１は、長手方向の一端において本体部分２１ｓを拡張するように形成されたプリズム部ＰＳ及びこれに付随する第３反射面２１ｃを有し、長手方向の他端において本体部分２１ｓに埋め込まれた多数の微小ミラーによって構成される角度変換部５２３を有する構造となっている。導光部材５２１は、一体的な部品であるが、第１実施形態の場合と同様に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができ（図１５（Ｃ）参照）、このうち光入射部Ｂ１は、第３反射面２１ｃと後述する光入射面ＩＳとを有する部分であり、光入射部Ｂ１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを有する部分であり、導光部Ｂ２は、角度変換部５２３と後述する光射出面ＯＳとを有する部分である。
【００９２】
本体部分２１ｓは、光透過性の樹脂材料等により形成され、ＸＹ面に平行で画像形成装置１０に対向する裏側又は観察者側の平面上に、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面ＯＳとを有している。本体部分２１ｓは、そのプリズム部ＰＳ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、これを被覆するようにミラー層２５が形成されている。ここで、ミラー層２５は、斜面ＲＳと協働することにより、光入射面ＩＳに対して傾斜した状態で配置される入射光折曲部である第３反射面２１ｃとして機能する。この第３反射面２１ｃは、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光を、全体として−Ｚ方向に偏った−ＸＺ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を本体部分２１ｓ内に確実に結合させる。また、本体部分２１ｓ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角度変換部５２３が形成されている。本体部分２１ｓは、入口側の第３反射面２１ｃから奥側の角度変換部５２３にかけて延在し、プリズム部ＰＳを介して内部に入射させた画像光を角度変換部５２３に導く。
【００９３】
導光部材５２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、平板状の本体部分２１ｓの主面であり互いに対向しＸＹ面に対して平行に延びる２平面として、プリズム部ＰＳ又は光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる。第３反射面２１ｃで反射された画像光は、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第２反射面２１ｂ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、導光装置５２０の奥側即ち角度変換部５２３を設けた−Ｘ側に導かれる。
【００９４】
本体部分２１ｓの光射出面ＯＳに対向して配置される角度変換部５２３は、導光部材５２１の奥側（−Ｘ側）において、第２反射面２１ｂ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。角度変換部５２３は、導光部材５２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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。つまり、角度変換部５２３は、画像光の角度を変換している。
【００９５】
支持部材５２９は、図１５（Ｂ）に示すように、導光部材２１を支持するために角度変換部５２３の奥側（−Ｘ側）に位置する支持フレーム（不図示）の一部であり、Ｘ方向に延びる上側支持部材２４ｂと下側支持部材２４ｃとをそれぞれ有し、導光部材５２１及び角度変換部５２３を挟むようにして固定している。さらに、支持部材５２９は、上側支持部材２４ｂの先端部に設けた第１連結部２４ｅと下側支持部材２４ｃの先端部に設けた第２連結部２４ｆとを有している。連結部２４ｅ，２４ｆには、流動制御構造ＦＳとして、液溜り防止構造ＣＳが設けられている。また、支持部材５２９と導光部材５２１との境界等には、液垂れ防止構造ＤＳが設けられている。
【００９６】
画像形成装置１０から射出され光入射面ＩＳから導光部材５２１に入射した画像光は、第３反射面２１ｃで一様に反射されて折り曲げられ、導光部材５２１の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて繰り返し全反射されて光軸ＡＸに略沿って一定の広がりを有する状態で進み、さらに、角度変換部５２３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から外部に射出される。光射出面ＯＳから外部に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。
【００９７】
以下、導光装置５２０中の画像光の光路について説明する。なお、第３実施形態における導光装置５２０は、縦の第１方向Ｄ１（Ｙ方向）に関して、図１（Ａ）の導光装置２０と同様に機能する。一方、導光装置５２０は、横の第２方向Ｄ２（Ｘ方向）に関して、多数の伝搬モードの画像光を導光させるものとなっており、２つの伝搬モードの画像光を導光させる図２（Ａ）の導光装置２０と異なっている。
【００９８】
図１５（Ａ）に示すように、画像表示装置１１の液晶表示デバイス（画像光形成部）３２から射出される画像光のうち、射出面３２ａの中央部分から射出される点線で示す成分を画像光ＧＬ５１とし、射出面３２ａの紙面右側（＋Ｘ側）から射出される一点鎖線で示す成分を画像光ＧＬ５２とし、射出面３２ａの紙面左側（−Ｘ側）から射出される二点鎖線で示す成分を画像光ＧＬ５３とする。
【００９９】
投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ５１，ＧＬ５２，ＧＬ５３の主要成分は、導光部材５２１の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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ＧＬ５１，ＧＬ５２，ＧＬ５３のうち、液晶表示デバイス（画像光形成部）３２の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ５１は、投射光学系１２を通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、標準反射角γ０で導光部材５２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。その後、画像光ＧＬ５１は、標準反射角γ０を保った状態で、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂで全反射を繰り返す。画像光ＧＬ５１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいてＮ回（Ｎは自然数）全反射され、角度変換部５２３の中央部２３ｋに達する。この中央部２３ｋで反射された画像光ＧＬ５１は、光射出面ＯＳから当該光射出面ＯＳ又はＸＹ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。
【０１００】
液晶表示デバイス３２の射出面３２ａの一端側（＋Ｘ側）から射出された画像光ＧＬ５２は、投射光学系１２を通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、最小反射角γ＋で導光部材５２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。画像光ＧＬ５２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて例えばＮ−Ｍ回（Ｍは自然数）全反射され、角度変換部５２３のうち最も奥側（−Ｘ側）の周辺部２３ｈに達する。この周辺部２３ｈで反射された画像光ＧＬ５２は、入口の第３反射面２１ｃ側に戻されるように＋Ｘ軸に対して鋭角をなし、光軸ＡＸに対して角度θ１２（導光装置５２０内ではθ１２'）だけ傾斜した方向に射出される（図１６参照）。
【０１０１】
液晶表示デバイス３２の射出面３２ａの他端側（−Ｘ側）から射出された画像光ＧＬ５３は、投射光学系１２の通過後に平行光束として光入射面ＩＳに入射し第３反射面２１ｃで反射された後、最小反射角γ−で導光部材５２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される。画像光ＧＬ５３は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて例えばＮ＋Ｍ回全反射され、角度変換部５２３のうち最も入口側（＋Ｘ側）の周辺部２３ｍに入射する。この周辺部２３ｍで反射された画像光ＧＬ５３は、第３反射面２１ｃ側から離れるように＋Ｘ軸に対して鈍角をなし、光軸ＡＸに対して角度θ１３（導光装置５２０内ではθ１３'）だけ傾斜した方向に射出される（図１６参照）。
【０１０２】
なお、図１６に示すように、角度変換部５２３は、ストライプ状に配列された多数の線状の反射ユニット２ｃで構成される。つまり、角度変換部５２３は、Ｙ方向に延びる細長い反射ユニット２ｃを所定のピッチＰＴで角度変換部５２３の延びる主導光方向すなわち−Ｘ方向に沿って多数配列させることで構成されている。各反射ユニット２ｃは、奥側即ち光路下流側に配置される１つの反射面部分である第１の反射面２ａと、入口側即ち光路上流側に配置される他の１つの反射面部分である第２の反射面２ｂとを１組のものとして有し、両反射面２ａ，２ｂは、一定の楔角δをなしている。これらのうち、少なくとも第２の反射面２ｂ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。当該反射ユニット２ｃにおいて、画像光ＧＬ５２，５３は、最初に奥側即ち−Ｘ側の第１の反射面２ａで反射され、次に、入口側即ち＋Ｘ側の第２の反射面２ｂで反射される。当該反射ユニット２ｃを経た画像光ＧＬ５２，５３は、他の反射ユニット２ｃを経ることなく、角度変換部５２３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。
【０１０３】
図１７に示すように、角度変換部５２３は、導光部材５２１から延びる比較的厚い板状の接合部材５２１ｎと、光透過部材２３ｓから延びる比較的薄い板状の接合部材５２３ｎとを接合した構造を有する。接合部材５２１ｎは、表側又は外界側に第１接合面２１ｊを有し、接合部材５２３ｎは、裏側又は観察者側に第２接合面２３ｃを有する。接合部材５２１ｎの第１接合面２１ｊ上には、局所的な部分領域上に半透過反射膜であるハーフミラー層２８が形成されている。
【０１０４】
第３実施形態の虚像表示装置１００においても、図１５（Ｂ）に示すように、流動制御構造ＦＳとして、液溜り防止構造ＣＳや液垂れ防止構造ＤＳを有している。これにより、ハードコート層の成膜に際してコート液の流動を適切に制御して、各光学部品の組付けの精度を悪化させず、かつ、導光装置５２０での導光の性能を良好な状態に維持できる。
【０１０５】
〔その他〕
以上各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。
【０１０６】
例えば、図５（Ｃ）に示す基材ＰＡの引上げにおいて、流動制御構造の流路に対応して基材ＰＡを傾けたり振ったりしつつ引き上げるものとすることができる。具体的には、例えば図６（Ａ）等に示す溝ＣＴ１等における流路すなわち溝ＣＴ１等の延びる方向が重力下方となるように、基材ＰＡを傾けながら引き上げることで、より効率的に余剰のコート液を除去することができる。
【０１０７】
上記実施形態では、流動制御構造ＦＳとして、液溜り防止構造ＣＳと液垂れ防止構造ＤＳとの双方を有するものとしているが、いずれか一方のみを有する構成とすることもできる。また、例えば図２（Ｂ）において、液垂れ防止構造ＤＳは、Ｘ方向とＹ方向との双方に設けられているが、例えばＸ方向にのみ液垂れ防止構造ＤＳが形成されるものとしてもよい。
【０１０８】
上記実施形態では、導光装置２０のうち光透過部材２３に設けた溝ＣＴ１等によって液溜り防止構造を構成するものとしているが、例えば穴Ｈ１やこれに対応する溝ＣＴ１等を導光部材２１側に設けることで、導光部材２１が溜り防止構造を有するものとすることも可能である。また、上記実施形態では、導光装置２０のうち導光部材２１と光透過部材２３とが協働して形成した段差部ＢＵによって液垂れ防止構造を構成しているが、例えば導光部材２１が単独で段差部ＢＵすなわち液垂れ防止構造を有するものとすることも可能である。
【０１０９】
上記実施形態では、液溜り防止構造ＣＳを設ける対象である立体的形状として位置決め用の穴Ｈ１，等を示しているが、対象となる立体的形状は、これに限らず、導光装置２０に設けられる種々の凹凸構造であってもよい。また、穴Ｈ１等に設けられる溝ＣＴ１等についても、導光装置２０に設けられる凹凸構造において、コート液ＣＬの流動を促すことができるものであれば、種々の形状・構造のものが考えられ、液溜り防止構造ＣＳすなわち流動制御構造ＦＳとして機能させることができる。例えば、穴Ｈ２の溝ＣＴ２は、穴Ｈ２に示す凹形状の穴のほか、長穴状、鍵穴形状等、貫通穴途中から延びる溝、言い換えると、これらの凹形状の穴の一部を切り欠いて形成される切り欠き部とすることもできる。また、逃げ溝や段差部を設けることで、液溜り防止構造ＣＳや液垂れ防止構造ＤＳを構成しているが、逃げ溝や段差部に限らず、立体的形状の周辺の縁を切欠いて形成したテーパ形状や凸部形状等によっても液溜り防止構造ＣＳや液垂れ防止構造ＤＳを構成できる。
【０１１０】
上記実施形態では、ハードコート層ＣＣは、ディップ処理によって成膜されるものとしているが、所定の膜厚で成膜できるものであれば、成膜方法については、ディップ処理に限らず、通常のコート方式やスプレー方式、ロールコート方式、湿式・乾式のコート方式等も適用可能である。
【０１１１】
上記の説明では、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とを備える導光装置２０を用いたが、光入射部Ｂ１や光射出部Ｂ３において、平面ミラーを用いる必要はなく、球面又は非球面の曲面ミラーによってレンズ的な機能を持たせることもできる。さらに、図１８に示すように、光入射部Ｂ１として、導光部Ｂ２から分離したプリズム又はブロック状のリレー部材１１２５を用いることができ、このリレー部材１１２５の入射出射面や反射内面にレンズ的な機能を持たせることもできる。なお、導光部Ｂ２を構成する導光体２６には、画像光ＧＬを反射によって伝搬させる第１及び第２の面である第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂが設けられているが、これらの反射面２１ａ，２１ｂは、互いに平行である必要はなく、曲面とすることもできる。なお、ここでは、曲面についても略沿って延びる面については、互いに対向して延びる面として取り扱うものとする。
【０１１２】
上記実施形態では、照明装置３１からの照明光ＳＬに特に指向性を持たせていないが、照明光ＳＬに液晶表示デバイス３２の位置に応じた指向性を持たせることができる。これにより、液晶表示デバイス３２を効率的に照明することができ、画像光ＧＬの位置による輝度ムラを低減できる。
【０１１３】
上記実施形態では、液晶表示デバイス３２の表示輝度を特に調整していないが、図１１（Ｂ）等に示すような投射像ＩＭ１，ＩＭ２の範囲や重複に応じて表示輝度の調整を行うことができる。
【０１１４】
上記実施形態では、画像表示装置１１として、透過型の液晶表示デバイス３２等を用いているが、画像表示装置１１としては、透過型の液晶表示デバイス３２に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス３２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、画像表示装置１１として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることもできる。
【０１１５】
上記実施形態の虚像表示装置１００では、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及び導光装置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と導光装置２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【０１１６】
上記実施形態では、光入射面ＩＳを通る第１光軸ＡＸ１と光入射面ＩＳを通る第２光軸ＡＸ２とが平行であるとしたが、これらの光軸ＡＸ１，ＡＸ２を非平行とすることもできる。
【０１１７】
上記の説明では、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、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。
【０１１８】
上記の説明では、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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反射面２１ａ，２１ｂ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、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂの全体又は一部がコートされていてもよい。
【０１１９】
上記の説明では、導光部材２１が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材２１は、縦方向に延びるものとできる。この場合、光学パネル１１０は、直列的ではなく並列的に平行配置されることになる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０…画像形成装置、  １１…画像表示装置、  １２…投射光学系、  ２０…導光装置、  ２１ｓ，２３ｓ…本体部分、  ２１…導光部材、  ２１ａ，２１ｂ…反射面（全反射面、導光面）、  ２１ｃ，２１ｄ…反射面（導光面）、  ２１ｅ…上面、  ２１ｆ…下面、  ２１ｈ…端面、  ２３…光透過部材、  ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…面、  ２５…ミラー層、  ２８…ハーフミラー層（半透過反射膜）、  ３１…照明装置、  ３２…液晶表示デバイス、  ３２ｂ…表示領域、  ３４…駆動制御部、  １００…虚像表示装置、  １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、  １１０…光学パネル、  １２１…フレーム、  １３１，１３２…駆動部、  ＡＸ１…第１光軸、  ＡＸ２…第２光軸、  Ｂ１…光入射部、  Ｂ２…導光部、  Ｂ３…光射出部、  Ｂ４…透視部、  ＥＹ…眼、  ＦＦ…平坦面、  ＧＬ…画像光、  ＧＬ'…外界光、  ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２…画像光、  ＩＭ１，ＩＭ２…投射像、  ＩＳ…光入射面、  Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…レンズ、  ＯＳ…光射出面、  Ｐ１…表示点、  Ｐ２…表示点、  ＳＬ…照明光、  ＣＣ…ハードコート層、  ＣＬ…コート液、  ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３…溝（逃げ溝）、  Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…穴（位置決め部）、  ＰＡ…基材、  ＰＢ，ＰＣ…基材部分、  ＢＵ…段差部、  ＣＳ…液溜り防止構造、  ＤＳ…液垂れ防止構造、  ＦＳ…流動制御構造
【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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