(57)【要約】【課題】複数部材の接合によって形成される導光装置であって十分な強度を有する導光装置を備える虚像表示装置を提供すること。【解決手段】導光装置２０において、導光部材２１のハーフミラー層（半透過反射膜）２８が第１接合面２１ｊの部分領域ＰＡ０上に形成されており、光透過部材２３の第２接合面２３ｃが第１接合面２１ｊに対して少なくとも他領域ＰＡで接着されるので、第１接合面２１ｊに対するハーフミラー層（半透過反射膜）２８の付着力が十分大きくない場合であっても、第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとの接合強度すなわち導光部材２１と光透過部材２３とを組み合わせた導光装置２０の強度を高めることができる。【選択図】図２
2013076847.tif 000002
【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、を有する導光部材と、
前記導光部材に接合されることによって外界光の観察を可能にする光透過部材と、を備え、
前記導光部材は、前記光透過部材と接合される第１接合面の部分領域上に、前記画像光を折り曲げるとともに前記外界光を透過させる半透過反射膜を有し、
前記光透過部材は、前記第１接合面に前記部分領域を除く他領域を含めて対向するとともに、接着剤により前記第１接合面に対して少なくとも前記他領域で接着される第２接合面を有する、虚像表示装置。
【請求項２】
前記第１接合面の前記他領域と前記第２接合面の前記他領域に対応する対向領域との少なくとも一方は、起伏を有する非平滑面を含む、請求項１に虚像表示装置。
【請求項３】
前記非平滑面は、粗面化加工によって微細な凹凸を有する粗面である、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１接合面側に設けた前記非平滑面と、前記第２接合面側に設けた前記非平滑面とは、互いに嵌合する、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記第１接合面側に設けた前記非平滑面と、前記第２接合面側に設けた前記非平滑面とは、凹凸が逆の反転形状をある、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記導光部材の第１接合面において、前記半透過反射膜を支持する前記部分領域は、所定方向に関して前記第１接合面の中央側に配置され、前記半透過反射膜の周囲の前記他領域は、前記所定方向の両端側で前記部分領域を挟む周辺領域である、請求項１から５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記第１接合面は、全体として前記第２接合面に接着されており、前記周辺領域は、全体として前記非平滑面となっている、請求項６に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記導光部材は、前記光入射部と前記導光部と前記光射出部とを一体的な部材として有し、
前記光入射部は、前記第１及び第２反射面のいずれかに対して鈍角をなす平面の第３反射面を有し、
前記光射出部の前記第１接合面は、前記第１及び第２反射面のいずれかに対して鈍角をなす平面の第４反射面を形成する、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】
前記導光部材と、前記光透過部材と、前記接着剤とは、略同一の屈折率を有する材料で形成されている、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。
【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等参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の装置では、瞳サイズよりも射出開口が小さい導光光学系を用いる瞳分割方式によってシースルーを実現しているため、虚像の表示サイズを大きくすることが困難である。また、瞳サイズよりも小さい導光光学系を用いるため、人間の個々の眼幅に対応するために有効瞳径（虚像の取り込みを可能にする採光径であり、アイリング径とも呼ぶ）を大きくすることが困難である。また、物理的に瞳付近に導光光学系の射出開口や筐体が配置されるため、死角が生じてしまい完全なシースルーとはいえなくなる。
【０００５】
なお、頭部装着ディスプレイ用の光学システムとして、導光角度の異なる複数の光モードを進行させることができる導光体を備えるものが存在する（特許文献２参照）。このような光学システムをおいて、射出側の第３光学面をハーフミラーとし、当該ハーフミラーを内部に埋め込むように導光体に対してプリズム状部材を貼り付けて全体を平板化することにより、ハーフミラー越しに外界光の観察を可能にするシースルー型の導光装置にすることも考えられる。
【０００６】
しかし、導光体とプリズム状部材とを接合した部分には、大きな力が加わる可能性があり、両者の接着強度が十分でない場合、接合部分で剥がれが生じ、導光装置が破損する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２４４７３号公報
【特許文献２】特表２００８−５３５００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、複数部材の接合によって形成される導光装置であって十分な強度を有する導光装置を備える虚像表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の虚像表示装置は、（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、（ｃ）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、光入射部から取り込まれた画像光をする第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する導光部材と、（ｄ）導光部材に接合されることによって外界光の観察を可能にする光透過部材と、を備え、（ｅ）導光部材は、光透過部材と接合される第１接合面の部分領域上に、画像光を折り曲げるとともに外界光を透過させる半透過反射膜を有し、（ｆ）光透過部材は、第１接合面に部分領域を除く他領域を含めて対向するとともに、接着剤により第１接合面に対して少なくとも他領域で接着される第２接合面を有する。ここで、半透過反射膜は、金属反射膜に限らず、誘電体層等を含む多層膜、ホログラム素子等を含む。
【００１０】
上記虚像表示装置では、半透過反射膜が第１接合面の部分領域上に形成されており、光透過部材の第２接合面が第１接合面に対して少なくとも他領域で接着されるので、第１接合面に対する半透過反射膜の付着力が十分大きくない場合であっても、第１接合面と第２接合面との接合強度すなわち導光部材と光透過部材とを組み合わせた導光装置の強度を高めることができる。
【００１１】
本発明の具体的な側面では、第１接合面の他領域と第２接合面の他領域に対応する対向領域との少なくとも一方は、起伏を有する非平滑面を含む。この場合、非平滑面によって接着又は接合の面積を増加させることができるので、第１接合面と第２接合面との接合強度を簡易かつ確実に増加させることができる。
【００１２】
本発明の別の側面では、非平滑面が、粗面化加工によって微細な凹凸を有する粗面である。この場合、非平滑面の加工が容易で、第１接合面や第２接合面を通過する光束の乱れを抑えることができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、第１接合面側に設けた非平滑面と、第２接合面側に設けた非平滑面とは、互いに嵌合する。この場合、第１接合面と第２接合面とを介して導光部材と光透過部材との間でアライメントが可能になる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第１接合面側に設けた非平滑面と、第２接合面側に設けた非平滑面とは、凹凸が逆の反転形状である。この場合、第１接合面と第２接合面との間を満たす接着剤の量を低減することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、導光部材の第１接合面において、半透過反射膜を支持する部分領域は、所定方向に関して第１接合面の中央側に配置され、半透過反射膜の周囲の他領域は、所定方向の両端側で部分領域を挟む周辺領域である。上記所定方向が上下方向である場合、半透過反射膜は、第１接合面の上下の中央に配置され、第１接合面の上下端側に半透過反射膜を介在させないで外界光の観察を可能にする透過領域を設けることができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、第１接合面が、全体として第２接合面に接着されており、周辺領域は、全体として非平滑面となっている。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、導光部材が、光入射部と導光部と光射出部とを一体的な部材として有し、光入射部が、第１及び第２反射面のいずれかに対して鈍角をなす平面の第３反射面を有し、光射出部の第１接合面が、第１及び第２反射面のいずれかに対して鈍角をなす平面の第４反射面を形成する。この場合、光入射部の第３反射面で反射された画像光が導光部の第１及び第２反射面で全反射されつつ伝搬され、光射出部の第４反射面で反射されて虚像として観察者の眼に入射する。なお、光入射部と導光部と光射出部とを一体的な部材とすることにより、射出成形技術を利用して導光装置を高精度で形成することができる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面では、導光部材と光透過部材と接着剤とは、略同一の屈折率を有する材料で形成されている。この場合、第１接合面や第２接合面での光束の乱れを抑えて、外界光の正確な観察を可能にする。なお、略同一の屈折率とは、接着面の粗さにも依存するが、光路が乱されない程度の僅かな屈折率差を許容することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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、導光部材の光入射部における第３反射面の構造を説明する図であり、（Ｂ）は、導光部材の導光部における第１反射面の構造を説明する図であり、（Ｃ）は、導光部材の導光部における第２反射面の構造を説明する図であり、（Ｄ）は、導光部材の光射出部における第４反射面の構造を説明する図である。
【図４】（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５】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６】（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７】導光部材と光透過部材との接合を説明する斜視図である。
【図８】導光部材と光透過部材との接合部を概念的に説明する拡大断面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、変形例の虚像表示装置の一部を説明する図である。
【図１０】第２実施形態における接合部を概念的に説明する拡大断面図である。
【図１１】変形例における接合部を概念的に説明する拡大断面図である。
【図１２】第３実施形態における接合部を概念的に説明する拡大断面図である。
【図１３】（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）及び（Ｃ）は、導光装置の正面図及び平面図である。
【図１４】画像光の光路について説明する模式的な図である。
【図１５】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１６】（Ａ）は、第５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平面図である。
【図１７】画像光の光路について説明する模式的な図である。
【図１８】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１９】変形例の虚像表示装置を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。
【００２１】
〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す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のヨロイから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。
【００２２】
〔Ｂ．表示装置の構造〕
図２（Ａ）等に示すように、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。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。
【００２５】
液晶表示デバイス３２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。第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とは、投射光学系１２を通る第１光軸ＡＸ１と直交し、互いに直交する。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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、第３反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び第１接合面２１ｊに隣接するとともに互いに対向する第1の側面２１ｅと第２の側面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１接合面２１ｊは、ＸＹ面に対して例えば４５°以下の鋭角βで傾斜している。見方を変えれば、第３反射面２１ｃは、第２反射面２１ｂに対して鈍角ηをなし、第１接合面２１ｊは、第２反射面２１ｂに対して鈍角εをなしている。第３反射面２１ｃを通る第１光軸ＡＸ１と第１接合面２１ｊ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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の一体的な部材を本体部分２０ａとし、本体部分（一体的な部材）２０ａ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、基材としての本体部分２０ａ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。
【００３０】
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、その矩形領域の略全体に亘って、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。
【００３１】
図３（Ａ）は、第３反射面２１ｃを説明する図であり、光入射部Ｂ１における表面部分ＳＰ１の部分拡大断面図である。第３反射面２１ｃは、ミラー層２５を有し保護層２６で被覆されている。このミラー層２５は、全反射のコーティングであり、導光部材２１を構成する本体部分２０ａの斜面ＲＳ上にＡｌ（アルミニウム）等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。
【００３２】
図２（Ａ）等に戻って、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。なお、ミラー層２５の下地として、予めハードコート層を形成することもできる。
【００３３】
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の面部分は、上記の光入射面ＩＳや後述する光射出面ＯＳと共通のものとなっている。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、その表面には、ミラー層等の非透過性の反射コートが施されていない。
【００３４】
図３（Ｂ）は、第１反射面２１ａを説明する図であり、導光部材２１の導光部Ｂ２における表面部分ＳＰ２の部分拡大断面図である。また、図３（Ｃ）は、第２反射面２１ｂを説明する図であり、導光部材２１の導光部Ｂ２における表面部分ＳＰ３の部分拡大断面図である。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止するため、ハードコート層２７で被覆されている。このハードコート層２７は、導光部材２１の本体部分２０ａの平坦面ＦＳ上に樹脂等からなるコート剤をディップ処理やスプレーコート処理によって成膜することによって形成される。
【００３５】
図２（Ａ）等に戻って、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、導光部Ｂ２の第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即ち光射出部Ｂ３を設けた−Ｘ側に導かれる。なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂには非透過性又は半透過性の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。
【００３６】
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１接合面２１ｊ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１接合面２１ｊは、略矩形の傾斜した平坦面（斜面ＲＳ）であり、その一部に、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外に射出させるための第４反射面２１ｄを有する。
【００３７】
第４反射面２１ｄは、ハーフミラー層２８を有している。このハーフミラー層２８は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）２８は、第１接合面２１ｊの全体ではなく、その部分領域ＰＡ０上に形成されている。第１接合面２１ｊのうち、ハーフミラー層２８を形成すべき部分領域ＰＡ０は、縦方向である非閉じ込め方向ＤＷ１に関する中央側に配置されており、上下の両端側において、一対の周辺領域ＰＡ１，ＰＡ２に挟まれている。さらに、部分領域ＰＡ０の−Ｘ側には、ハーフミラー層２８が形成されていない奥側領域ＰＡ３が存在する。これらの周辺領域ＰＡ１，ＰＡ２と奥側領域ＰＡ３とを合わせた他領域ＰＡは、第４反射面２１ｄとしてのハーフミラー層２８が存在しない領域であり、画像光ＧＬ等を略そのまま透過させる。ハーフミラー層２８は、導光部材２１を構成する本体部分２０ａの第１接合面２１ｊのうち部分領域ＰＡ０上に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】
図３（Ｄ）は、第４反射面２１ｄ及びその周辺の構造を説明する図である。ここで、導光部材２１の第４反射面２１ｄと光透過部材２３の第２接合面２３ｃとの間、より正確にはハーフミラー層２８と第２接合面２３ｃとの間には、導光部材２１と光透過部材２３とを接合するための接着剤によって接着層ＣＣが形成される。接着層ＣＣは、導光部材２１の本体部分２０ａや光透過部材２３のバルク材と略等しい屈折率を有しており、導光部材２１から光透過部材２３にかけてこれらと接着層ＣＣとの界面を通過する光が、当該界面において不要な反射をすることを抑制している。
【００３９】
図２（Ａ）等に戻って、第４反射面２１ｄ又は第１接合面２１ｊ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。
【００４０】
図２（Ｂ）に示すように、導光部材２１のうち画像光ＧＬが通過する有効領域ＥＡは、光入射部Ｂ１側で比較的縦長になっており、光射出部Ｂ３側で比較的横長になっている。第４反射面２１ｄ又はハーフミラー層２８は、第１接合面２１ｊの一部であるが、画像光ＧＬの有効領域ＥＡに対応してこれをカバーするように形成されており、導光部材２１に導かれた画像光ＧＬは、光入射部Ｂ１を無駄なく通過して観察者の眼ＥＹに入射する。このように、ハーフミラー層２８は、横長の輪郭を有するが、液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤの横長の輪郭に対応するものとなっている。
【００４１】
光透過部材２３は、導光部材２１の本体部分２０ａと同一の材料で構成され同一の屈折率を有し、第１面２３ａと、第２面２３ｂと、第２接合面２３ｃとを有する。第１及び第２面２３ａ，２３ｂは、ＸＹ面に沿って延びる。また、第２接合面２３ｃは、ＸＹ面に対して傾斜しており、導光部材２１の第１接合面２１ｊ又は第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２接合面２３ｃとに挟まれた楔状の部材ＷＰ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、射出成型によって成形されたブロック状の一体的な部材であり、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。
【００４２】
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２接合面２３ｃは、接着剤によって導光部材２１の第１接合面２１ｊ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２接合面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第１接合面２１ｊとのなす角度εと等しくなっており、第２面２３ｂと第２接合面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。
【００４３】
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２接合面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に対応する領域では、ハーフミラー層２８が存在することから、第２接合面２３ｃ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。
【００４４】
〔Ｃ．画像光の光路の概要〕
図４（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。
【００４５】
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。
【００４６】
図４（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
〔Ｄ．横方向に関する画像光の光路〕
図５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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図５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。
【００５４】
図６（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６（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６（Ｃ）及び６（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。図６（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６（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６（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６（Ｄ）に示すように左半分が欠けた部分画像となっている。
【００５５】
図６（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６（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。
【００５６】
〔Ｅ．導光部材と光透過部材との接合〕
図７に示すように、導光部材２１と光透過部材２３とを接合する際には、予め導光部材２１の第１接合面２１ｊのうち部分領域ＰＡ０上にハーフミラー層２８が形成されている。その後、ハーフミラー層２８やその周囲の他領域ＰＡ上に例えば紫外線硬化型の接着剤を塗布して広げる。さらに、光透過部材２３の第２接合面２３ｃを、ハーフミラー層２８及び他領域ＰＡに対向するように配置して、これらに対して適度の力で押し付けつつ、紫外線である硬化光を第１及び第２接合面２１ｊ，２３ｃ間に照射する。これにより、第１及び第２接合面２１ｊ，２３ｃ間の接着剤が硬化して、導光部材２１と光透過部材２３との接合が完了する。この際、ハーフミラー層２８と第２接合面２３ｃとの間だけでなく、他領域ＰＡと第２接合面２３ｃとの間にも接着剤が充填され、接着剤の硬化によって接着層ＣＣが形成されるので（図３（Ｄ）参照）、導光部材２１と光透過部材２３との接合強度が高まる。
【００５７】
図８は、導光部材２１と光透過部材２３との接合部を概念的に説明する拡大断面図である。第１及び第２接合面２１ｊ，２３ｃ間に形成された接着層ＣＣによって、導光部材２１の本体部分２０ａと、光透過部材２３の本体部分２０ｂとが連結されている。ここで、周辺の他領域ＰＡについては、略鏡面の第１及び第２接合面２１ｊ，２３ｃが接着層ＣＣを介して直接接続されており、接合強度の確保が比較的容易である。一方、中央の部分領域ＰＡ０については、ハーフミラー層２８が第１接合面２１ｊと接着層ＣＣとの間に存在しており、ハーフミラー層２８は蒸着等によって形成された比較的付着力が弱いものであるから、接合強度の確保が比較的容易でない。結果的に、導光部材２１と光透過部材２３とは、主に周辺の他領域ＰＡにおいて強固に接着され、導光部材２１と光透過部材２３とを組み合わせた導光装置２０の強度も十分高いものとなる。
【００５８】
なお、図示のハーフミラー層（半透過反射膜）２８は、金属反射膜２８ａと、第１誘電体多層膜２８ｂと、第２誘電体多層膜２８ｃとを、金属反射膜２８ａが中央となるように積層したサンドイッチ構造を有するものとなっている。金属反射膜２８ａは、例えばＡｇ、Ａｌ等の材料で形成されている。下側の第１誘電体多層膜２８ｂや上側の第２誘電体多層膜２８ｃは、例えば透明な誘電体層を数層以上積層したものであり、金属反射膜２８ａの角度特性等を改善する。ただし、これらの誘電体多層膜２８ｂ，２８ｃについては省略することもできる。
【００５９】
上記実施形態の虚像表示装置１００によれば、導光装置２０において、導光部材２１のハーフミラー層（半透過反射膜）２８が第１接合面２１ｊの部分領域ＰＡ０上に形成されており、光透過部材２３の第２接合面２３ｃが第１接合面２１ｊに対して少なくとも他領域ＰＡで強固に接着されるので、第１接合面２１ｊに対するハーフミラー層（半透過反射膜）２８の付着力が十分大きくない場合であっても、第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとの接合強度すなわち導光部材２１と光透過部材２３とを組み合わせた導光装置２０の強度を高めることができる。
【００６０】
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。
【００６１】
図９（Ａ）は、図２（Ａ）等に示す導光部材２１を変形した導光部材６２１を説明する図である。以上の説明では、導光部材２１を伝播する画像光が第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに対して２つの反射角で全反射され２つのモードで伝搬するとしたが、図９（Ａ）に示す変形例の導光部材６２１のように、３つの成分の画像光ＧＬ３１，ＧＬ３２，ＧＬ３３が反射角γ１，γ２，γ３（γ１＞γ２＞γ３）でそれぞれ全反射されることを許容することもできる。この場合、液晶表示デバイス３２から射出される画像光ＧＬは、３つのモードで伝搬され、観察者の眼ＥＹの位置において合成されて虚像として認識される。この場合、図９（Ｂ）に示すように、有効表示領域Ａ０の左側に例えば計３回全反射の投射像ＩＭ２１が形成され、有効表示領域Ａ０の中央寄りに例えば計５回全反射の投射像ＩＭ２２が形成され、有効表示領域Ａ０の右側に例えば計７回全反射の投射像ＩＭ２３が形成される。
【００６２】
また、図２（Ｂ）に示す導光部材２１の光射出面ＯＳに対向してレンズその他の光学素子を配置することもできる。或いは、ハーフミラー層２８は、保護層で被覆されたホログラムシートに置き換えることができる。この場合、照明装置３１として可干渉性の高いものを使用し、ホログラムシートとして液晶表示デバイス３２で形成された例えば３色の画像を個別に処理する積層型の回折シートを用いる。
【００６３】
〔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。
【００６４】
図１０に示すように、第２実施形態の場合、導光部材２１の第１接合面２２１ｊのうち他領域ＰＡにおいて、非平滑面として、微細な凹凸（起伏）４１を有する粗面ＳＲが形成されている。粗面（非平滑面）ＳＲは、例えば本体部分２０ａの成形用金型の転写面に予め粗面化処理を行なうことによって形成される。また、粗面ＳＲは、例えば本体部分２０ａの成形後に、サンドブラスト、化学薬品その他によるエッチング等の粗面化処理、表面改質処理を施すことによっても形成される。
【００６５】
粗面ＳＲを構成する微細な凹凸（起伏）４１の深さは、例えば数μｍ〜数１０μｍ程度とする。なお、図面では誇張しているが、ハーフミラー層（半透過反射膜）２８の厚みは、例えば数μｍ程度であり、接着層ＣＣの厚みは、例えば５０μｍ程度である。具体的な実施例において、導光部材２１の本体部分２０ａの屈折率と接着層ＣＣの屈折率との差は、例えば０．０２以下にした。これにより、粗面ＳＲの存在によって外界光ＧＬ'が乱されることを防止できる。
【００６６】
図１１は、図１０に示す導光部材２１の変形例を説明する断面図である。図示の場合、光透過部材２３の第２接合面２２３ｃのうち第１接合面２２１ｊの他領域ＰＡに対応する対向領域ＰＡ４において、非平滑面として、微細な凹凸を有する粗面ＳＲが形成されている。この場合も、光透過部材２３の本体部分２０ｂの屈折率と接着層ＣＣの屈折率との差が小さければ、粗面（非平滑面）ＳＲの存在によって外界光ＧＬ'が乱されることを防止できる。
【００６７】
なお、図示を省略するが、第２接合面２２３ｃ全体を粗面ＳＲにすることもできる。さらに、第２接合面２２３ｃ側だけを粗面ＳＲとし、導光部材２１の第１接合面２２１ｊを図８のように平滑面の第１接合面２１ｊとすることもできる。
【００６８】
第２実施形態の虚像表示装置１００によれば、導光装置２０において、第１接合面２２１ｊと第２接合面２２３ｃの他領域ＰＡとの少なくとも一方は、起伏を有する非平滑面である粗面ＳＲを含むので、粗面（非平滑面）ＳＲによって接着又は接合の面積を増加させることができ、第１接合面２２１ｊと第２接合面２２３ｃとの接合強度を簡易かつ確実に増加させることができる。
【００６９】
〔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。
【００７０】
図１２に示すように、第３実施形態の場合、導光部材２１の第１接合面３２１ｊのうち他領域ＰＡにおいて、起伏を有する非平滑面として、比較的大きな凹凸形状である第１嵌合形状ＳＦ１が形成されている。この第１嵌合形状（非平滑面）ＳＦ１は、例えば多数の直線的に延びる起伏としてのＶ溝をその短手側に配列したものとすることができる。一方、光透過部材２３の第２接合面３２３ｃのうち第１接合面３２１ｊの他領域ＰＡに対応する対向領域ＰＡ４において、非平滑面として、比較的大きな凹凸形状である第２嵌合形状ＳＦ２が形成されている。この第２嵌合形状ＳＦ２は、第１嵌合形状ＳＦ１の凹凸形状を反転させたものとなっている。つまり、第１嵌合形状ＳＦ１と第２嵌合形状ＳＦ２とは、凹凸が逆の反転形状となっている。具体的には、第２嵌合形状ＳＦ１は、多数の直線的に延びる三角断面の畝状部をその短手側に配列したものとすることができる。
【００７１】
なお、第１嵌合形状ＳＦ１は、ピラミッド状の凸部又は凹部を２次元的に配列したものとすることができ、第２嵌合形状ＳＦ２も、第１嵌合形状ＳＦ１の反転形状として、ピラミッド状の凹部又は凸部を２次元的に配列したものとすることができる。
【００７２】
第３実施形態の虚像表示装置１００によれば、第１接合面３２１ｊの第１嵌合形状（非平滑面）ＳＦ１と、第２接合面３２３ｃの第２嵌合形状（非平滑面）ＳＦ２との嵌合によって、導光部材２１と光透過部材２３との間で精密なアライメントが可能になる。
【００７３】
〔第４実施形態〕
以下、第４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。
【００７４】
図１３（Ａ）〜１３（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、導光本体部材２１ｓと、角度変換部４２３と、光透過本体部材２３ｓとを備える。なお、図１３（Ａ）は、図１３（Ｂ）に示す導光装置４２０のＡ−Ａ断面に対応する。
【００７５】
導光本体部材２１ｓの全体的な外観は、図中ＸＹ面に平行に延びる平板である。また、導光本体部材２１ｓ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とを有し、さらに後述する第１接続面２１ｊを有する（図１４参照）。また、導光本体部材２１ｓ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第１の側面２１ｅと第２の側面２１ｆとを有する。さらに、導光本体部材２１ｓは、長手方向の一端においてプリズム部ＰＳ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。
【００７６】
導光本体部材２１ｓの下地又は基板である本体部分２０ａ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２０ａ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２０ａ内に確実に結合させる。
【００７７】
導光本体部材２１ｓの第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、平板状の本体部分２０ａ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、導光本体部材２１ｓの奥側即ち角度変換部４２３を設けた−Ｘ側に導かれる。
【００７８】
図１３（Ｃ）に示すように、導光本体部材２１ｓ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、導光本体部材２１ｓの第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに挟まれた本体部分２０ａ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。
【００７９】
角度変換部４２３は、導光本体部材２１ｓ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２０ａ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。
【００８０】
光透過本体部材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の導光本体部材２１ｓと同様に平板状の部材となっている。
【００８１】
以上において、角度変換部４２３の全部又は入口側の一部は、導光本体部材２１ｓと組み合わせることで導光部材として機能している。また、角度変換部４２３の全部又は奥側の一部は、光透過本体部材２３ｓと組み合わせることで光透過部材として機能している。
【００８２】
画像形成装置１０から射出され光入射面ＩＳから導光本体部材２１ｓ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、導光本体部材２１ｓ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。
【００８３】
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４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。
【００８４】
図１３（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。
【００８５】
投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ４１，ＧＬ４２，ＧＬ４３の主要成分は、導光本体部材２１ｓ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で導光本体部材２１ｓ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。
【００８６】
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＋で導光本体部材２１ｓ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１４参照）。
【００８７】
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−で導光本体部材２１ｓ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１４参照）。
【００８８】
図１５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。導光本体部材２１ｓ又は本体部分２０ａ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。ハーフミラー層２８が形成されている領域は、図１３（Ｂ）に示す部分領域ＰＡ０に対応するものとなっている。つまり、ハーフミラー層２８は、周辺領域ＰＡ１，ＰＡ２を合わせた他領域ＰＡには形成されていない。本体部分２０ａと各プリズム４２４と光透過本体部材２３ｓとは、図８の場合と同様に、部分領域ＰＡ０及び他領域ＰＡにおいて接着層ＣＣによって互いに接合されている。つまり、導光本体部材２１ｓ又は角度変換部４２３の第１接合面２１ｊ，４２４ｊと、角度変換部４２３又は光透過本体部材２３ｓの第２接合面４２４ｃ，２３ｃとが接着層ＣＣを介して接合されている。なおここで、ハーフミラー層２８を介在させた接合に関して、隣接する一対のプリズム４２４のうち光源に近い内側のプリズム４２４ｉは、導光部材と考えるものとし、光源から遠い外側のプリズム４２４ｏは、光透過部材と考えるものとする。
【００８９】
第４実施形態の虚像表示装置１００によれば、導光装置４２０において、導光本体部材２１ｓ又は角度変換部４２３に設けたハーフミラー層（半透過反射膜）２８が第１接合面２１ｊ，４２４ｊの部分領域ＰＡ０上に形成されており、角度変換部４２３又は光透過本体部材２３ｓの第２接合面４２４ｃ，２３ｃが第１接合面２１ｊ，４２４ｊに対して少なくとも他領域ＰＡで接着されるので、第１接合面２１ｊ，４２４ｊに対するハーフミラー層（半透過反射膜）２８の付着力が十分大きくない場合であっても、第１接合面２１ｊ，４２４ｊと第２接合面４２４ｃ，２３ｃとの接合強度、すなわち導光本体部材２０ｓと角度変換部４２３と光透過本体部材２３ｓとを組み合わせた導光装置４２０の強度を高めることができる。
【００９０】
第１接合面２１ｊ，４２４ｊと第２接合面４２４ｃ，２３ｃとは、平滑面に限らず、図１０に示すような粗面ＳＲとすることができ、接着層ＣＣによる接合強度を高めることができる。また、第１接合面２１ｊ，４２４ｊと第２接合面４２４ｃ，２３ｃとは、図１２に示すような比較的大きな凹凸形状である嵌合形状ＳＦ１，ＳＦ２を設けたものとすることもでき、導光本体部材２０ｓと角度変換部４２３と光透過本体部材２３ｓとを簡易に比較的精密にアライメントして接合することができる。
【００９１】
なお、導光本体部材２１ｓ、角度変換部４２３、光透過本体部材２３ｓ等は、ハードコート層で被覆されたものとできる。つまり、例えば本体部分２０ａの表面をハードコート層で被覆することによって、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ等を形成することもできる。
【００９２】
〔第５実施形態〕
以下、第５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。
【００９３】
図１６（Ａ）〜１６（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、その一部として導光部材５２１を有している。導光部材５２１は、本体部分２０ａと、画像取出部である角度変換部５２３とを備える。なお、図１６（Ａ）は、図１６（Ｂ）に示す導光部材５２１のＡ−Ａ断面に対応する。
【００９４】
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２０ａ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第１の側面２１ｅと第２の側面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２０ａの一部として、プリズム部ＰＳを有し、長手方向の他端において本体部分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１６（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。
【００９５】
本体部分２０ａ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２０ａ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２０ａ内に確実に結合させる。また、本体部分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角度変換部５２３が形成されている。本体部分２０ａ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。
【００９６】
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２０ａ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。
【００９７】
本体部分２０ａ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。
【００９８】
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。
【００９９】
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５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。
【０１００】
図１６（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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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１７参照）。
【０１０３】
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１７参照）。
【０１０４】
なお、図１７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。
【０１０５】
図１８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２３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。ハーフミラー層２８が形成されている領域は、図１６（Ｂ）に示す部分領域ＰＡ０に対応するものとなっている。つまり、ハーフミラー層２８は、周辺領域ＰＡ１，ＰＡ２を合わせた他領域ＰＡには形成されていない。導光部材５２１の接合部材５２１ｎと、光透過部材２３の接合部材５２３ｎとは、図８の場合と同様に、部分領域ＰＡ０及び他領域ＰＡにおいて接着層ＣＣによって互いに接合されている。つまり、接合部材５２１ｎの第１接合面２１ｊと接合部材５２３ｎの第２接合面２３ｃとが接着層ＣＣを介して接合されている。
【０１０６】
第５実施形態の虚像表示装置１００によれば、導光装置５２０において、導光部材５２１の接合部材５２１ｎに設けたハーフミラー層（半透過反射膜）２８が第１接合面２１ｊの部分領域ＰＡ０上に形成されており、角度変換部５２３の第２接合面２３ｃが第１接合面２１ｊに対して少なくとも他領域ＰＡで接着されるので、第１接合面２１ｊに対するハーフミラー層（半透過反射膜）２８の付着力が十分大きくない場合であっても、第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとの接合強度、すなわち導光部材５２１と光透過部材２３とを組み合わせた導光装置５２０の強度を高めることができる。
【０１０７】
第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとは、平滑面に限らず、図１０等に示すような粗面ＳＲとすることができ、接着層ＣＣによる接合強度を高めることができる。また、第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとは、図１２に示すような比較的大きな凹凸形状である嵌合形状ＳＦ１，ＳＦ２を設けたものとすることもでき、導光部材５２１と光透過部材２３とを簡易に比較的精密にアライメントして接合することができる。
【０１０８】
〔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。
【０１０９】
上記の説明では、第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとを部分領域ＰＡ０と他領域ＰＡとで接着しているが、第１接合面２１ｊと第２接合面２３ｃとを他領域ＰＡのみで接着することもできる。この場合、他領域ＰＡ全体で接着することもできるが、他領域ＰＡに設けた複数箇所の接着領域で接着することもできる。
【０１１０】
上記の説明では、ハーフミラー層（半透過反射膜）２８が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層２８の輪郭は用途その他の使用に応じて適宜変更することができる。ただし、ハーフミラー層２８は、有効領域ＥＡを十分にカバーしていることが望ましい。
【０１１１】
上記の説明では、導光部材２１と光透過部材２３とを直列的に接続しているが、導光部材２１の第１及び第２の側面２１ｅ，２１ｆを光透過部材２３から延ばしたフレーム部材によって補強的に固定することもできる。
【０１１２】
上記の説明では、画像光形成部として、透過型の液晶表示デバイス３２等を用いているが、画像光形成部としては、透過型の液晶表示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。さらに、液晶表示デバイス３２に代えて有機ＥＬ等の自発光型の表示デバイスを用いることができる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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反射面２１ａと同一の平面上に配置し、光射出面ＯＳを第２反射面２１ｂと同一の平面上に配置する構成とすることもできる。この場合、第１反射面２１ａと第４反射面２１ｄとが鈍角をなすことになる。
【０１１５】
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、図１の光学パネル１１０すなわち導光部材２１，４２１，５２１は、直列的ではなく並列的に平行配置されることになる。
【０１１６】
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２０，４２０，５２０を用いたが、光入射部Ｂ１や光射出部Ｂ３において、ハーフミラー層２８等として平面ミラー又は平面ハーフ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、ハーフミラー層２８等に代えて仮想的な半透過ミラーとしてのホログラム素子を配置することもできる。この場合、ホログラム素子も、広義の半透過反射面である。なお、かかるホログラム素子には、集光等の光学的な機能を付加することもできる。
【０１１７】
さらに、図１９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１０２５を用いることができ、このリレー部材１０２５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。図１９に示す導光体２６は、光透過部材２３と接合され、両者の接合部には、ハーフミラー層２８が設けられる。この場合も、第１実施形態の場合と同様に、少なくともハーフミラー層２８の周囲の他領域で、導光体２６と光透過部材２３とを接合することにより、導光体２６と光透過部材２３との接合強度を高めることができ、導光装置２０の強度を高めることができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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、一組ずつ表示装置１００Ａ，１００Ｂ（具体的には画像形成装置１０、導光装置２０等）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例えば画像形成装置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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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６（Ｂ）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。
【０１２２】
上記実施形態では、導光部材２１の第４反射面２１ｄに設けたハーフミラー層２８の反射率を２０％としてシースルーを優先しているが、ハーフミラー層２８の反射率を５０％以上として画像光を優先することもできる。なお、ハーフミラー層２８は、光透過部材２３の第２の接合面２３ｃ上に形成することもできる。
【０１２３】
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。
【０１２４】
また、上記第４、５実施形態の説明では、角度変換部４２３，５２３を構成する反射ユニット２ｃの配列のピッチＰＴについては、各第１の反射面２ａ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。
【０１２５】
上記第４、５実施形態の説明では、プリズム部ＰＳを構成するミラー層２５や斜面ＲＳの傾斜角度について特に触れていないが、本発明は、ミラー層２５等の傾斜角度を光軸ＡＸに対して用途その他の仕様に応じて様々な値とすることができる。
【０１２６】
上記第４、５実施形態の説明では、反射ユニット２ｃ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（丸み）を付けているものであってもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
２ｃ…反射ユニット、  １０…画像形成装置、  １１…画像表示装置、  １２…投射光学系、  ２０，４２０，５２０…導光装置、  ２０ａ，２０ｂ…本体部分、  ２０ｓ…導光本体部材、  ２１，４２１，５２１…導光部材、  ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…第１-第３反射面、  ２１ｄ…第４反射面、  ２１ｊ，４２４ｊ…第１接合面、  ２１ｓ…導光本体部材、  ２３…光透過部材、  ２３ａ…第１面、  ２３ｂ…第２面、  ２３ｃ…第２接合面、  ２３ｓ…光透過本体部材、  ２５…ミラー層、  ２６…保護層、  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、  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、  ２２１ｊ…第１接合面、  ２２３ｃ…第２接合面、  ４２３，５２３…角度変換部、  ４２４ｃ，２３ｃ…第２接合面、  ４２４…プリズム、  ＡＸ，ＡＸ１，ＡＸ２…光軸、  Ｂ１…光入射部、  Ｂ２…導光部、  Ｂ３…光射出部、  Ｂ４…透視部、  ＣＣ…接着層、  ＥＹ…眼、  ＧＬ…画像光、  ＧＬ'…外界光、  ＧＬ１，ＧＬ２…画像光、  ＩＭ１，ＩＭ２…投射像（虚像）、  ＩＳ…光入射面、  ＯＳ…光射出面、  ＰＡ…他領域、  ＰＡ０…部分領域、  ＰＡ１，ＰＡ２…周辺領域、  ＰＡ４…対向領域、  ＳＦ１，ＳＦ２…嵌合形状、  ＳＬ…照明光、  ＳＲ…粗面
【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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