(57)【要約】【課題】  鋭角部に塵埃が付着／堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがないライトガイドを備えた虚像光学系を提供する。【解決手段】  虚像光学系は、画像表示素子、カップリング光学系および画像情報を導光して虚像表示のために射出するライトガイド５０を備える。ライトガイド５０は、導光部材１００と光学部材２００とを有し、導光部材１００は、画像情報が入射される光線入射部１０１と外部に画像情報を取り出す画像取り出し部１０３と画像光を外部に射出する光線射出部１０４とを有する。ライトガイド５０の前面側および後面側は、透明部材６００ａと６００ｂが接着剤による接着層６０１ａと６０１ｂとにより接合されて、連続した被覆層で被覆されている。【選択図】    図９
2017142406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して光線射出部から射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
前記ライトガイドは、導光部材と光学部材とを有し、
前記導光部材は、
前記画像情報をその内部に入射させるための光線入射部と、
前記画像情報をその外部に取り出す画像取り出し部と、
前記画像情報をその外部に射出させるための光線射出部と、を有し、
前記光学部材は、前記導光部材の前記画像取り出し部に近接して配置され、かつ、前記光線射出部と対向して平行に配置された面を有し、
前記ライトガイドの少なくとも一方の最表面は、単一の連続した被覆層で被覆されることを特徴とする虚像光学系。
【請求項２】
前記最表面は、前記ライトガイドの前面側の最表面であることを特徴とする請求項１に記載の虚像光学系。
【請求項３】
前記単一の連続した被覆層は、透明部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の虚像光学系。
【請求項４】
前記透明部材は、その硬度が前記導光部材および光学部材の硬度よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の虚像光学系。
【請求項５】
前記透明部材は、接着層を介して前記ライトガイドの前面に配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の虚像光学系。
【請求項６】
前記透明部材は、前記導光部材に対向する領域について前記透明部材の周辺部に間隔保持部材を配するとともにその周辺部以外の部分をエアギャップとするように配置され、かつ、前記光学部材に対向する領域について接着剤を介して配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の虚像光学系。
【請求項７】
前記導光部材の屈折率をＮ1、前記光学部材の屈折率をＮ2、前記接着層の屈折率をＮ3としたとき、
Ｎ1＞Ｎ3、かつ、Ｎ2＞Ｎ3  であることを特徴とする請求項５または６に記載の虚像光学系。
【請求項８】
前記単一の連続した被覆層は、前記光学部材を前記導光部材側に延伸させた延伸部を設けてなる前記光学部材で前記ライトガイドの前面を被覆して構成させたこと、または、前記導光部材を前記光学部材側に延伸させた延伸部を設けてなる前記導光部材で前記ライトガイドの後面を被覆して構成させたことのいずれかまたは両方であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の虚像光学系。
【請求項９】
前記虚像光学系は、前記透明部材に代えて、ライトガイドに入射する外光の透過率を可変する透過率可変手段を備えたことを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の虚像光学系。
【請求項１０】
前記透過率可変手段は、前記画像情報に応じて前記透過率を可変することを特徴とする請求項９に記載の虚像光学系。
【請求項１１】
前記虚像光学系は、さらに、周囲の明るさを検知する照度センサを備え、前記透過率可変手段は、前記照度センサによる検出結果に応じて前記透過率を可変することを特徴とする請求項９または１０に記載の虚像光学系。
【請求項１２】
前記前記透過率可変手段は、前記画像取り出し部における前記光線入射部側端部付近または前記光線入射部とは反対側の端部付近で反射した前記光線に対応する視野の領域の透過率のみを可変することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の虚像光学系。
【請求項１３】
虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して光線射出部から射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
前記ライトガイドは、導光部材と、この導光部材の前面側を覆うと共に前記導光部材の全長より長い延伸部を有する前面側透明部材と、
前記導光部材の後面側を覆うと共に、前記導光部材の全長より長い延伸部を有する後面側透明部材と、
前記前面側透明部材と前記後面側透明部材の対向する前記延伸部の間に介挿される間隔保持部材と、
前記導光部材の前面と前記前面側透明部材との間、前記導光部材の後面と前記後面側透明部材との間および前記間隔保持部材と前記前面側透明部材の延伸部との間並びに前記間隔保持部材と前記後面側透明部材の延伸部との間を接合する接着層とからなり、
前記前面側透明部材の前記延伸部と前記導光部材の画像取り出し部と、前記間隔保持部材とで囲まれる部分にエアギャップを形成したことを特徴とする虚像光学系。
【請求項１４】
前記虚像光学系は、さらに、前記ライトガイドの前面および後面に垂直な側面に、前記導光部材および前記光学部材の相対位置関係を維持するための補強部材を備えたこと、を特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の虚像光学系。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の虚像光学系を備えた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、ライトガイドを用いた虚像光学系および虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元の画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察者（ユーザ）に観察させるように表示する装置として、ライトガイドを用いた虚像表示装置が知られている。このような虚像表示装置で用いられるライトガイドの一形態として、近年、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＨＭＤ」と称する。）が普及し始めている。ＨＭＤは、シースルーである透過型と非透過型に分類される。透過型のＨＭＤは、例えばＧｏｏｇｌｅ ＬＴＤ．（米国）のＧｏｏｇｌｅｇｌａｓｓ（登録商標）がある。非透過型のＨＭＤに関しても、その没入感から各社から種々の提案がなされている。
透過型のＨＭＤは、情報端末と組み合わせて使用したり、ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の提供用として使用したりするため、小型で携帯性が良いものが望まれている。非透過型のＨＭＤは、映画鑑賞やゲームやＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）等の提供用として使用するため、没入感が得られる広視野角であることが望まれている。
ＨＭＤの外形や大きさに関しては、本体サイズの小型化、薄肉化を重視すると視野角が狭くなる傾向にあり、逆に、表示エリアを広視野角にすると本体サイズが大型化、厚肉化する傾向にある。
【０００３】
近年、透過型のものにおいても、ユーザーニーズから、薄肉化、小型化、かつ、広視野角であることが要請されるようになってきている。
このような透過型の虚像表示装置の要請に沿うものとしては、例えば特許文献１（特許第４５０８６５５号公報）に記載された虚像表示装置が知られている。
特許文献１の虚像表示装置は、導光板の光線入射部と光線射出部とを同一面上に位置させ、カップリング光学系（またはコリメータ光学系）の投射レンズの主光線を導光板に対して垂直に入射するように配置し、光透過性基板において、２つ以上の主要面およびエッジを有し、全反射によって前記基板に光を結像させる光手段および前記基板に設けられる１つ以上の部分的反射面から構成されている。
この特許文献１には、導光板に入射した光（画像情報）が、平面基板内部で複数回反射された後、選択的反射面のアレイにより基板外へ射出され、ビューア（観察者）の目に映すように構成されている。
【０００４】
上記の特許文献１のように構成された虚像表示装置は効果的に画像を取り出すことができる。しかしながら、その虚像表示装置の光透過基板は、複数のプリズムから構成されているが、そのプリズムには、最表面に鋭角な角部（以下、「鋭角部」または「エッジ部」という。）が存在する。この鋭角部は、光透過性基板の最表面に位置しているため、このような光透過性基板を有するＨＭＤにおいて、この鋭角部またはその近傍に塵埃等が付着/堆積しそれがユーザの視界に入るため、シースルー性を損ねることになる。また、この鋭角部が隣接する部品の表面よりさらに突出すると、鋭角部自体が欠損したり、これに触れたユーザが負傷したりする恐れがある、という問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その最表面に鋭角部が形成されないようにし、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがない光透過性基板（ライトガイド）を備えた虚像光学系を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る虚像光学系は、
虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と、前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と、前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
前記ライトガイドは、導光部材と光学部材とを有し、
前記導光部材は、
前記画像情報をその内部に入射させるための光線入射部と、
前記画像情報をその外部に取り出す画像取り出し部と、
前記画像情報をその外部に射出させるための光線射出部と、を有し、
前記光学部材は、
前記導光部材の前記画像取り出し部に近接して配置され、かつ、前記光線射出部と対向して平行に配置された面を有し、
前記ライトガイドの少なくとも一方の最表面は、単一の連続した被覆層で被覆されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、その最表面に鋭角部が形成されず、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがないライトガイドを備えた虚像光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用される虚像光学系の実施形態を概略的に示すＸＺ平面模式図であり、画像表示素子、カップリング光学系およびライトガイドの位置関係を示す。
【図２】図１の虚像光学系の外観構成を示す斜視図である。
【図３】図１の虚像光学系の光路図である。
【図４】図１のライトガイドを示すＸＺ平面図である。
【図５】図４のライトガイドの組立前の分解図である。
【図６】ライトガイドを比較して示すＸＺ平面図であり、（ａ）は図３のライトガイドを、（ｂ）は参考例のライトガイドを、それぞれ示す。
【図７】図４の導光部材の画像取り出し部を拡大して示す部分断面図である。
【図８】図７の導光部材と光学部材を示す部分拡大ＸＺ平面図であり、画像取り出し部を拡大して示す図である。
【図９】本発明の虚像光学系の実施形態１を示す断面図である。
【図１０Ａ】図９の虚像光学系の分解斜視図である。
【図１０Ｂ】図９の虚像光学系の組立図である。
【図１０Ｃ】図９の虚像光学系に補強部材を備えた変形例を示す斜視図である。
【図１１】図１２のライトガイドを示すＸＺ平面図である。
【図１２】本発明の虚像光学系の実施形態２を示すＸＺ平面図である。
【図１３Ａ】図１２の虚像光学系の分解斜視図である。
【図１３Ｂ】図１２の虚像光学系の組立状態を示す斜視図である。
【図１４】図１２の虚像光学系のＸＹ平面図である。
【図１５】図１２の虚像光学系から間隔保持部材を取り除いた場合の実施形態２の変形例１のＸＺ平面図である。
【図１６】図１５のライトガイドを示すＸＺ平面図である。
【図１７】本発明の虚像光学系の実施形態３を示す図である。
【図１８Ａ】図１７の虚像光学系のＸＺ平面図である。
【図１８Ｂ】図１７の虚像光学系のＸＹ平面図である。
【図１８Ｃ】図１７の虚像光学系の組立図である。
【図１９】図１７の虚像光学系において図１１のライトガイドを用いた場合の変形例１のＸＺ平面図である。
【図２０Ａ】図１９の虚像光学系の変形例１のＸＺ断面図である。
【図２０Ｂ】図１９の虚像光学系の変形例１のＸＹ平面図である。
【図２０Ｃ】図１９の虚像光学系の変形例１の組立図である。
【図２１Ａ】本発明の虚像光学系の実施形態４の構成を示すＸＺ平面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａの虚像光学系の各部材の構成を分解して示すＸＺ平面図である。
【図２２Ａ】図２１Ａの虚像光学系の分解斜視図である。
【図２２Ｂ】図２１Ａの虚像光学系に補強部材を備えた変形例の構成を示す斜視図である。
【図２３】図２１Ａの虚像光学系においてエアギャップを設けた変形例１の構成を示す分解斜視図である。
【図２４】図２１Ａの虚像光学系において画像取り出し部側にエアギャップを設けた変形例２の構成を示す分解斜視図である。
【図２５】図２１Ａの虚像光学系において延伸部側および画像取り出し部側ともにエアギャップを設けた実施の形態４の変形例３の構成を示す分解斜視図である。
【図２６】図２１Ａの虚像光学系においてライトガイド後面側の透明部材と導光部材の間の延伸部側にエアギャップを設けた変形例４の構成を示す分解斜視図である。
【図２７】図２１Ａの虚像光学系において変形例３と変形例４のコンビネーションとした変形例５の構成を示す分解斜視図である。
【図２８】図２１Ａの虚像光学系において変形例１のエアギャップを延伸の始まる箇所までいっぱいに設けた変形例６の構成を示す分解斜視図である。
【図２９】図２１Ａの虚像光学系において変形例３のエアギャップに加え、ライトガイド後面側の透明部材と導光部材の間にエアギャップを設けた変形例７の構成を示す分解斜視図である。
【図３０Ａ】本発明の虚像光学系の実施形態５の構成を示すＸＺ平面図である。
【図３０Ｂ】図３０Ａの虚像光学系の各部材の対応関係を示すＸＺ平面図である。
【図３０Ｃ】図３０Ａの虚像光学系の分解斜視図である。
【図３１】図３０Ａの虚像光学系の導光部材に延伸部を備えた変形例を示すＸＺ平面図である。
【図３２】本発明の虚像光学系の透過率可変手段を備えた実施形態６の構成を示すＸＺ平面図である。
【図３３】本発明の虚像光学系の間隔保持部材を備えた実施形態７の構成を示すＸＺ平面図である。
【図３４】本発明の虚像光学系の実施形態８の構成を示すＸＺ平面図である。
【図３５】本発明の虚像光学系を備えた虚像表示装置の使用状態を示す平面図である。
【図３６】本発明の虚像光学系を眼鏡型のＨＭＤに適用した例を表す模式図であり、（ａ）はライトガイドを両眼一体型とした場合、（ｂ）および（ｃ）は、ライトガイドを単眼型とし、左右の目に各々適用した場合および片方の目に適用した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態１〜８およびそれらの変形例に係る虚像光学系および虚像表示装置を図１〜図３６を用いて説明する。
その基本的な特徴は、図１〜図６、図９に示されるように、カップリング光学系（またはコリメート光学系）３００からライトガイド５０に入射した画像情報が、導光部材１００の内部で複数回全反射された後、選択的反射面である画像取り出し部１０３の働きによりライトガイド５０の外部に射出されてユーザの目にその画像情報を提供するに際し、ライトガイド５０の表面を透明部材をもって、単一の連続した面で構成することである（図９参照）。このようにすることにより、その最表面に鋭角部が形成されないようにすることができ、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避することができる、というものである。
以下に述べる実施形態は、透過型のライトガイドを用いた虚像光学系および虚像表示装置に関するものであり、最初に、虚像表示装置用の虚像光学系の構成を説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１および図２に示す本実施形態の基本構成である虚像光学系は、表示画像の画像情報を出力する画像表示素子１０と、画像表示素子１０からの画像情報をカップリングして射出するカップリング光学系３００と、ライトガイド５０と、を備える。ライトガイド５０は、カップリング光学系３００から拡大して射出される画像情報を内部に導光し、虚像表示のために外部、即ち観察者（ユーザ）の目に向けて射出する役割を担うものである。図３は、このような虚像光学系の光路を矢印で示す。以下、ライトガイド５０に関し、観察者（ユーザ）から見て手前側（図３において下側）の面を「後面」とし、奥側（図３において上側）の面を「前面」として説明する。
画像表示素子１０は、ライトガイド５０を通じて表示する虚像の基となる表示画像の画像情報を出力するデバイスである。画像表示素子１０は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子１０として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が適用可能である。
【００１１】
また、画像表示素子１０として、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）が適用可能である。さらに、画像表示素子１０として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が適用可能である。
カップリング光学系３００は、画像表示素子１０から出力される上述の画像情報を拡大し平行光として射出する。図３に示すように、カップリング光学系３００は、その射出光の中心軸（光軸）が、ライトガイド５０の後述する光線射出部１０４に対して傾きを有するように配置される。カップリング光学系３００の構成例は後述する。
【００１２】
（ライトガイド）
ライトガイド５０を構成する導光部材１００は、カップリング光学系３００からの画像情報を内部に入射して導光し、外部、即ち観察者（ユーザ）の目に向けて射出することで、画像情報を観察者（ユーザ）に虚像として提供するものである。ライトガイド５０は、図４に示すように、画像情報の入射、導光および射出を行うための導光部材１００と、ライトガイド５０のシースルー性を確保するため導光部材１００と一体をなすように設けられる光学部材２００と、を備える。
図３は、本発明の虚像表示装置の画像情報を矢印で示している。ライトガイド５０は、カップリング光学系３００からの画像情報を入射させるための光線入射部１０１と、ライトガイド５０内に拡大入射された画像情報を前記ライトガイド５０の外部に射出させるための光線射出部１０４とを配し、光線入射部１０１と光線射出部１０４は、各々異なる面から構成される。
図４に示すように、光線入射部１０１から入射した光は、面１０５（＋Ｚ側の面）、画像取り出し部１０３および光線射出部１０４側の面（−Ｚ側の面）１０６の間を順次（複数回）反射した後、光線射出部１０４から射出し、観察者（ユーザ）の眼に到達する。
【００１３】
（導光部材）
ライトガイド５０の導光部材１００は、本実施形態１では、カップリング光学系３００からの画像情報が入射される光線入射部１０１と、画像情報を外部に射出する光線射出部１０４と、を有する。光線入射部１０１と光線射出部１０４とは、各々異なる面で形成されている。「異なる面」とは、同一面でも平行面でもなく、一方に対して他方が傾斜する面であることを意味する。この実施形態１では、光線入射部１０１は、光線射出部１０４に対して鈍角で傾斜している。
本発明の実施形態１では、導光部材１００の光線入射部１０１と光線射出部１０４は、それぞれ平面となっている。光線入射部１０１および光線射出部１０４を平面にすることで、導光部材１００さらにはライトガイド５０の生産性を向上させ、また、導光部材１００およびライトガイド５０全体をシンプルな構成にすることができる。
また、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面にすることで、入射光線の角度をより適切な角度に設定することが可能になり、これによりライトガイド５０をコンパクトに、即ち小型で薄肉にすることが可能になる。また、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面とすることで、光線束を広く取ることができることから、視野角を広角とするのに有利になる。
【００１４】
なお、光線入射部１０１と光線射出部１０４を同一面とした場合には、加工面や管理面での容易性がある反面、光線入射部１０１と光線射出部１０４の自由度が減る。このため、視野角を広く取ろうとすると、ライトガイドが大型化、厚肉化する。このため、本発明の実施形態では、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面にしている。
他方、シースルー性を良好にするために、導光部材１００は、光線射出部１０４が設けられた後面と、奥側（図４において上側）の前面１０５とが、互いに平行に形成されている。
導光部材１００は、光線入射部１０１から入射された画像情報を光線射出部１０４に導光して取り出すための画像取り出し部１０３を備える。画像取り出し部１０３の具体的な構成は後述する。導光部材１００の材質としては、シースルー性を考慮すると透過性の高い材質が好ましく、さらに、後述する画像取り出し部１０３の加工を考慮すると、樹脂で成形することが好ましい。
【００１５】
図６に示す本実施形態のライトガイドおよび参考例として光線入射部１０１と光線射出部１０４とを同一面としたライトガイドを、各々、図６の（ａ）および（ｂ）に比較して示す。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、カップリング光学系３００から入射した光線は、ライトガイド内を前後斜め方向に交互に全反射しながら光線射出部１０４側に進行する。ここで、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面とした図６（ａ）のライトガイドは、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを同一面とした図６（ｂ）のものと比較して、長手方向の長さを短くしつつ反射回数を減らすことができる。このように、光線入射部１０１と光線射出部１０４とを異なる面とすることで、ライトガイドを小型にすることができる。
【００１６】
（光学部材）
図４および図５を用いて、ライトガイド５０の導光部材１００と光学部材２００の概要を説明する。光学部材２００は、ＸＺ平面で鋭角な三角柱状をなし、導光部材１００の光線射出部１０４に平行して対向する面（前面）２１０と、前面２１０に対して傾斜し、導光部材１００の画像取り出し部１０３の面２１３に対向配置される斜面２１４を有する。光学部材２００の斜面２１４は、導光部材１００の画像取り出し部１０３の斜面２１３に対して近接設置または接合される部位であり、その詳細については後述する。
ライトガイド５０は、導光部材１００の前面１０５と、これに平行する光学部材２００の前面２１０とが同一平面になるように面位置を合わせて配置されており、これにより、ライトガイド全体として、前面と後面が平行を保つ形状をなしている。なお、後述のように、ライトガイドの変形例として、光学部材２００の前面２１０が導光部材１００の前面１０５の位置から前方（図４において上方）に出ている或いは後方に引っ込んでいる形状とすることもあり得る。即ち、シースルー性を考慮すると、導光部材１００の前面１０５と光学部材２００の対抗する前面２１０の面位置は、一致していることが望ましいが、携帯性や用途などを考慮して、このような両面の面位置をずらす形態としてもよい。
【００１７】
ライトガイド５０は、導光部材１００の光線射出部１０４の平面（後面１０６）と、光学部材２００の対応する後面２１２とが平行とされる。このような構成によって、光線射出部１０４を通じてのシースルー性が良好になる。導光部材１００の光線射出部１０４の面（後面１０６）と、光学部材２００の対応する後面２１２とが平行でない場合、プリズム効果によりシースルー性が低下するので好ましくない。
光学部材２００については、後述する。
【００１８】
（導光部材の画像取り出し部）
次に、図７および図８の部分拡大断面図を参照して、導光部材１００の画像取り出し部１０３の構成を説明する。図８は、導光部材１００の画像取り出し部１０３と光線射出部１０４のそれぞれ一部を拡大して表し、図７は、画像取り出し部１０３の一部をさらに拡大して表している。
図７に示すように、画像取り出し部１０３は、３つの平面で構成しており、大略鋸歯状の形状をなしている。
具体的には、画像取り出し部１０３は、光線射出部１０４に垂直な方向（Ｚ軸）に対してθaの角度を有する第１面１０３ａと、Ｘ軸と平行な第２面１０３ｂと、光線射出部１０４に垂直な方向（Ｚ軸）に対してθｃの角度を有する傾斜面である第３面１０３ｃとが連続して周期的に配置される形状となっている。
まず、第１面１０３ａは、光線入射部１０１から導光部材１００に入射された画像情報を反射し、光線射出部１０４に導いて光線射出部１０４から射出させる役割を担う面であり、光線射出部１０４に対して傾斜する平面となっている。第１面１０３ａが光線射出部１０４に対して傾斜するθaの角度は、導光部材１００の材質の屈折率にもよるが、２０度から３０度までの範囲に設定することが好ましい。
【００１９】
また、第１面１０３ａは、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線を反射し、かつ、外光のシースルー性を確保可能なコーティング処理が施されていることが好ましい。
次に、第２面１０３ｂは、入射された画像情報を導光部材１００の内部に導光させる反射面としての役割を担う面であり、光線射出部１０４（後面）と平行な平面となっている。したがって、角度θb＝０°である。さらに、第２面１０３ｂは、シースルー性を確保するため、ライトガイド５０の前面および後面からの外光を入射させる透過面としての役割も担っている。
ここで、第２面１０３ｂがＸ軸に平行ではない場合、即ち、第２面１０３ｂを光線射出部１０４の面に対して傾斜させて、角度θb≠０°に設定した場合、導光部材１００内で導光される画像情報は、第２面１０３ｂで反射される反射角と光線射出部１０４で反射される反射角が一致しないので変化することになる。
【００２０】
そうすると、光線入射部１０１から入射される光線と光線入射部１０１の法線とのなす角で定義される入射角θinと、光線射出部１０４から射出される光線と光線射出部１０４の法線とのなす角で定義される射出角θoutとが同じ角度とならない。さらに、画像情報が第１面１０３ａおよび光線射出部１０４を通じてライトガイド５０の外部に射出される際に、異なった方向に射出されてしまい、虚像としては思わしくないものとなる。
このため、本実施形態では、角度θｂ＝０°とし、第２面１０３ｂを光線射出部１０４の後面に対して（即ち、Ｘ軸に対して）平行に形成している。
また、傾斜面である第３面１０３ｃは、第１面１０３ａの面積を広く確保するとともに、導光部材１００の曲げ強度を向上させる役割を有する。
光線射出部１０４に対する第３面１０３ｃの角度θｃは、０°よりも大きく９０°の範囲とされる。角度θｃが９０°になると、第３面１０３ｃは、第２面１０３ｂと同一面、即ち第２面１０２ｂの一部になるため、上述した形態と同じ構成になる。また、角度θｃは、生産性を考慮すると２°から４５°の範囲とすることが望ましい。さらには、第３面１０３ｃは、画像表示素子１０からの画像情報が当たると乱反射等の現象が生じるため、出来るだけ画像表示素子１０からの画像情報が当たらないような角度範囲とすることが好ましい。
【００２１】
図８は、本発明の導光部材１００と光学部材２００（面２１３と面２１４；図５参照）の境界面の拡大図である。図５にも示すように、光学部材２００は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に近接配置される。光学部材２００は、画像取り出し部１０３面の「傾斜角度」と同じ角度の斜面（面２１４）を有し、導光部材１００の画像取り出し部１０３の位置する面に対向した位置に配置される。このとき導光部材１００と光学部材２００は、同じ材料で構成されていることが好ましい。
後述するように、導光部材１００と光学部材２００（面２１３と面２１４）は接着工法により一体化することができる。この場合、接着剤の屈折率は、導光部材１００の屈折率よりも低い、または同等であることが望ましい。これにより、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線の第２面１０３ｂでの全反射が保持され、かつ、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）を保持することが可能となる。
【００２２】
導光部材１００の材質の屈折率と接着剤の屈折率を同等とする場合は、接着界面に、ハーフミラー等のコートを施すことで、界面での反射が可能であり、かつ、シースルー性を高めることが可能となる。接着剤の屈折率が導光部材１００よりも高い場合は、光線が全反射せずに接着剤部分で屈折するため、虚像表示装置としては成立しなくなる。
また、導光部材１００と光学部材２００を接着剤を介して一体化するのではなく、両者間にエアギャップを介して配置する構成としても構わない。この場合には、エアギャップの周囲を所定の厚さの間隔部材で保持したり、エアギャップ内部に所定の径のスペーサ部材（不図示）を分散させる等により、エアギャップの厚さを高精度に維持することが可能となる。
ライトガイドの詳細については、後述する。
【００２３】
（実施形態１）
次に、図９、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して実施形態１の構成について説明する。
図９、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、ライトガイド５０は、導光部材１００（屈折率：Ｎ１）の画像取り出し部１０３に面して、光学部材２００（屈折率：Ｎ２）が配置されて構成される。画像取り出し部１０３は、図７および図８に示した形状を呈している。
本実施形態１では、導光部材１００と光学部材２００は同じ材質（即ち、Ｎ１＝Ｎ２）としたが、一般には、異なる材質としても構わない。導光部材１００と光学部材２００の間(導光部材１００における面２１３と光学部材２００における面２１４の間；図５参照)は、エアギャップを設けても良いし、接着層（屈折率：Ｎ５）により接着して一体化しても構わない。
このとき、接着層を介した場合には、
Ｎ１＞Ｎ５、Ｎ２＞Ｎ５
とすることが望ましい。また、
Ｎ１≒Ｎ５、Ｎ２≒Ｎ５
の場合には、接着界面にハーフミラー等のコーティング処理を施すことにより、界面での反射が可能であり、かつ、シースルー性を高めることが可能となる。
【００２４】
また、ユーザが使用中に衝撃や温度変化等の影響により、導光部材１００と光学部材２００の相対的な位置関係がずれてしまうことを回避するために、図１０Ｃに示すように、ライトガイド５０における上面（Ｙ軸の＋Ｙ側の面、以下、単に「＋Ｙ側」という。Ｘ軸、Ｚ軸についても同じ。）および下面（Ｙ軸の−Ｙ側の面、以下、単に「−Ｙ側」という。Ｘ軸、Ｚ軸についても同じ。）の少なくとも一方に補強部材６０５ａ、６０５ｂを、例えば接着工法により装着することが望ましい。
このとき、接着面全面に接着剤を塗布することで接着強度を確保することが可能である。導光部材１００と光学部材２００を、エアギャップを介して配置する構成とした場合には、特に有効な手段である。
なお、ここで説明した材質に関しては、他の実施形態や変形例でも同様である。
本実施形態１では、図９に示すように、ライトガイド５０(即ち、導光部材１００および光学部材２００)の＋Ｚ側の表面（前面）と−Ｚ側の表面（後面）に、各々透明部材６００ａと６００ｂを配置した。
【００２５】
面１０５と面２１０は、略同一面になるように構成されており、透明部材６００aが接着層６０１ａにより一体化されている。接着層６０１ａは、面１０５および面２１０の全面に設けられる。同様に、面１０６と面２１２の各表面は、略同一面になるように構成されており、透明部材６００ｂが接着層６０１ｂにより一体化されている。接着層６０１ｂは、面１０６および面２１２の全面に設けられる。
このように接着層６０１ａ、６０１ｂを透明部材６００ａ、６００ｂの全面に設けることにより、ユーザが使用中に衝撃や温度変化等の影響により、接着層が剥がれることを抑制することが可能となる。
【００２６】
上記したところを要約すると、虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
ライトガイド５０は、導光部材１００と光学部材２００とを有し、
導光部材１００は、
画像情報をその内部に入射させるための光線入射部１０１と、
画像情報をその外部に取り出す画像取り出し部１０３と、
画像情報をその外部に射出させるための光線射出部１０４と、を有し、
光学部材２００は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に近接して配置され、かつ、光線射出部１０４と対向して平行に配置された面２１２を有し、
ライトガイド５０の少なくとも一方の最表面は、単一の連続した被覆層で被覆されることを特徴としている（請求項１に対応する）。
【００２７】
次に、導光部材１００の屈折率をＮ１、光学部材２００の屈折率をＮ２とし、接着層６０１ａおよび６０１ｂの屈折率をＮ４ａおよびＮ４ｂとし、透明部材６００ａおよび６００ｂの屈折率をＮ３ａおよびＮ３ｂとする。
上述したように、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線は、面１０５および面１０６の内面では全反射する必要がある。そのため、
Ｎ１＞Ｎ４ａ、Ｎ１＞Ｎ４ｂ
である必要がある。
但し、接着剤６０１ａおよび６０１ｂの屈折率が共に等しく、これをＮ３をとすれば、
Ｎ１＞Ｎ３、かつ、Ｎ２＞Ｎ３
である必要がある（請求項７に対応する）。
上記条件を満たさない場合には、面１０５および面１０６の内面にて、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線が全反射するようなコーティング処理を施せばよい。
【００２８】
これにより、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線（光線射出部１０４から外部へ向かって射出される光線は除く）の面１０５および面１０６での全反射が保持され、かつ、図７、図８に示すように第２面１０３ｂで全反射した光線は光線射出部１０４においては全反射せず、外部（観察者（ユーザ）側；−Ｚ側）へ向かって射出される。同時に、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）を保持することが可能となる。即ち、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線が、所定の角度以上の入射角では面１０５、面１０６（および、１０３ａ面、１０３ｂ面）で全反射し、かつ、所定の入射角度以下では面１０６（光線射出部１０４）を透過する、ように各構成部材の屈折率を設定すればよい。
また、外光のシースルー性を確保するためには、
Ｎ３ａ＜Ｎ４ａ、Ｎ３ｂ＞Ｎ４ｂ
とすることが望ましい。
【００２９】
さらに、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）を確保すべき画角の要求に応じて、接着層と光学素子（導光部材１００、光学部材２００、透明部材６００ａ、６００ｂ）の各境界面(光学素子側の面)に、透過率を向上させる（即ち、反射率を低下させる）ためのコーティング処理を施しても構わない。
ライトガイド５０に透明部材６００ａ、６００ｂが接着されていない構成（図４）では、導光部材１００と光学部材２００の加工（寸法）精度が不十分な場合や、導光部材１００と光学部材２００の位置合わせ精度が不十分な場合に、前面側のエッジ部（鋭角部）２１１ａが面１０５より外側(＋Ｚ側)に突き出す、または、後面側のエッジ部（鋭角部）２１１ｂが面２１２より外側（−Ｚ側）に突き出す、の少なくともいずれか一方の状態になる恐れがある。このような場合には、
・鋭角部付近に塵埃等が堆積しやすい
・鋭角部を起点として、破断しやすい
・鋭角部にユーザが触れる恐れがある（負傷）
等の問題が発生しやすい。
【００３０】
これに対し、本実施形態１に係るライトガイド５０に透明部材６００ａおよび６００ｂを接着した構成（図９）では、透明部材６００ａ、６００ｂの最表面（空気側の面）が、各々、単一の連続した面で構成されている。
これにより、上記の問題の発生を効果的に回避することが可能となる。さらに、導光部材１００、光学部材２００および透明部材６００ａ、６００ｂを接着工法にて一体化する構成としたので、導光部材１００と光学部材２００の間隔（面２１３と面２１４の間隔）を適正に保つことが可能となる。
透明部材６００ａ、６００ｂは、導光部材１００および光学部材２００よりも、表面の硬度が高い材質を採用することが望ましい（請求項４に対応する）。
例えば、導光部材１００および光学部材２００の材質が樹脂である場合には、透明部材６００ａ、６００ｂはガラス製とすればよい。あるいは、透明部材６００ａ、６００ｂ、導光部材１００および光学部材２００を同じ材質とした場合には、透明部材６００ａ、６００ｂの表面（少なくとも、空気側の面）を硬化処理しても構わない。これにより、透明部材が「保護フィルム」として機能し、ライトガイド５０の表面が損傷することを抑制することが可能となる。
【００３１】
また、透明部材として、導光部材１００や光学部材２００よりも、表面に偏光処理等の各種コーティングを施しやすい材質を選択することも可能である。
図１０Ｃに示すように、ライトガイド５０の前面（＋Ｙ側）および後面（−Ｙ側）に垂直な側面に、導光部材１００および光学部材２００の相対位置関係を維持するための補強部材６０５ａ、６０５ｂを接着することが望ましい（請求項１４に対応する）。
このとき、接着面全面に接着剤を塗布することで接着強度を確保することが可能である。導光部材１００と光学部材２００を、エアギャップを介して配置する構成とした場合には、特に有効である。
【００３２】
（カップリング光学系の構成）
次に、カップリング光学系３００の構成およびこれを用いた虚像光学系の原理を説明する。
画像表示素子１０からの光（画像情報）がライトガイド５０を経由して観察者（ユーザ）の眼に到達する様子を、図３に示す。
画像表示素子１０の画像情報である位置情報は、カップリング光学系（コリメータ光学系とも称される）３００において角度に変換され、ライトガイド５０の光線入射部１０１に入射し、ライトガイド５０の光線射出部１０４から外部に射出される。これは、カップリング光学系３００の入射角度が保存された状態で射出されることを示している。
この関係性が保たれない場合、画像表示素子１０から射出される光線である画像情報は、ライトガイド５０から射出される際に、異なった角度で射出されるため、虚像としては望ましくない像となる。
【００３３】
より詳細には、図３に示すように、画像表示素子１０の中央部および両端部からそれぞれ画像情報Ａ、Ｂ、Ｃが出力されるものとする。これら画像情報の位置情報は、カップリング光学系３００を通して角度情報θＡ、θＢ、θＣに変換される。このような画像情報は、カップリング光学系３００から射出されてライトガイド５０の光線入射部１０１に入射する。この際に、画像情報Ａは、θＡの角度で、画像情報Ｂは、θＢの角度で、画像情報Ｃは、θＣの角度で、それぞれ光線入射部１０１に入射する。理解を容易にするため、図３では、カップリング光学系３００から射出される画像情報Ａ、Ｂ、Ｃにつき、各々、θＡは実線「―」で、θＢは一点鎖線「-・-」、θＣは点線「・・・」で示している。
このようにして入射部１０１に入射された画像情報は、ライトガイド５０内部に導かれ、画像情報Ａ、Ｂ、Ｃは、ライトガイド５０内部を移動する。そして、ライトガイド５０の光線射出部１０４から各々の画像情報Ａ、Ｂ、Ｃが射出される際は、図３に示すように、各々の画像情報におけるθＡ、θＢ、θＣの入射角度が保存された状態で射出される。
【００３４】
このように、本実施形態では、カップリング光学系３００から射出された画像情報を構成する各光線の入射角度、即ち角度情報が保存された状態でライトガイド５０の光線射出部１０４から射出されるので、高品質な虚像を表示することができる。
【００３５】
光学系については、図３において、カップリング光学系３００を３群４枚のレンズ構成とした場合について図示したが、これに制限されない。カップリング光学系３００は、他の構成、例えばレンズ２枚での構成や、レンズ枚数を５枚以上としてもよい。
以上のような実施形態１の虚像光学系は、その最表面に鋭角部が形成されず、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがない光透過性基板（ライトガイド）を備えた虚像光学系を提供することができる。
【００３６】
（実施形態２）
図１１〜図１４に、本発明に係る虚像光学系の実施形態２の構成を示す。
本実施形態２では、ライトガイド５０前面側の最表面（即ち、導光部材１００および光学部材２００）の＋Ｚ側の最表面にのみ、透明部材６００ａを配置する構成とした。空気中の塵埃が付着しやすいライトガイド５０における＋Ｚ側の面に、少なくとも、透明部材６００ａを配置することが望ましい（請求項２に対応する）。
本実施形態２では、ライトガイド５０と透明部材６００ａを接着層６０１により一体化する構成とした。接着層６０１ａは、導光部材１００における面（前面）１０５および光学部材２００における対向する面（前面）２１０の全面に設けられる。接着層を接着面の全面に塗布する構成を採用することにより、接着強度が向上する。課題解決のための好ましい構成である（請求項５に対応する）。
このとき、接着層６０１ａの厚さが厚い場合には、図１４に示すように、接着層６０１ａの全周囲を所定の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）を備えた間隔保持部材６０４を配備することにより、接着層６０１ａの厚さを均一にすることができる。また、接着層６０１ａ内に接着層の厚さと同程度の径をもつスペーサ部材（不図示）を分散して配置させることにより、さらに厚さの均一性を確保することが可能となる。
【００３７】
（実施形態２の変形例１）
図１５に実施形態２の変形例１を示す。実施形態２との違いは、間隔保持部材を用いない点である。接着層６０１ａの厚さが薄い場合には、実施形態２で示した間隔保持部材６０４を配備する必要は必ずしもない。なお、実施形態２の場合と同様に、接着層６０１ａは、導光部材１００における面１０５および光学部材２００における面２１０の全面に設けられる（請求項２、３に対応する）。
【００３８】
（実施形態３）
図１６、図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃに、本発明に係る虚像光学系の実施形態３の構成を示す。
図１６に示すように、本実施形態３のライトガイド５０においては、光学部材２００における前面２１０が導光部材１００における前面１０５より、高くなる（即ち、前面２１０の方が＋Ｚ側に位置する）ように構成されている。これは、そのままであると、その最表面に鋭角部が形成されている状態である。
図１７および図１８Ａ〜図１８Ｃに示すように、光学部材２００と透明部材６００ａは接着層６０１ａにより一体化する。接着層６０１ａは、光学部材２００の前面２１０の全面に設けられる。一方、導光部材１００と透明部材６００ａの間は、エアギャップ６０２を介して配置される。
【００３９】
エアギャップ６０２を確保するため、導光部材１００の＋Ｚ側の前面１０５における３辺（＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｙ側の辺）の周縁部またはその近傍に間隔保持部材６０４が配備されている透明部材６００ａは、導光部材１００に対向する領域について透明部材６００ａの周辺部に間隔保持部材６０４を配するとともにその周辺部以外の部分をエアギャップ６０２とするように配置され、かつ、光学部材２００に対向する領域について接着剤により接着層６０１ａを形成する（請求項６に対応する）。さらに、エアギャップ６０２内にその厚さと同程度の径をもつスペーサ部材（不図示）を分散して配置させることにより、さらにその厚さの均一性を確保することが可能となる。
このようにして、面１０５と透明部材６００ａの間にエアギャップ６０２を設けることにより、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光が内部側の面である面１０５で全反射することができる入射角の範囲が拡大するため、好ましい構成となる。
【００４０】
（実施形態３の変形例１）
図１９、図２０Ａ〜図２０Ｃに、実施形態３の変形例１の構成を示す。ライトガイド５０（導光部材１００および光学部材２００）は、図１１に示す構成と同一である。
図１９に示すように、本変形例１では、対向する面２１０と透明部材６００ａを接着層６０１ａにより一体化する。接着層６０１ａは、対向する前面２１０の全面に設けられる。
一方、導光部材１００における面１０５と透明部材６００ａも接着層６０１ａにより一体化するが、図２０Ｂに示すように、導光部材１００の＋Ｚ側の面１０５における３辺（＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｙ側の辺）の最周辺またはその近傍にのみ、一定の幅にわたり接着層６０１ａが設けられる。これにより、面１０５と透明部材６００ａの間に、接着層６０１ａと同じ厚さのエアギャップ６０２を確保することができる。さらに、エアギャップ６０２内にその厚さと同程度の径をもつスペーサ部材（不図示）を分散して配置させることにより、さらにその厚さの均一性を確保することが可能となる。
このようにして、面１０５と透明部材６００の間にエアギャップ６０２を設けることにより、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光がその内面である面１０５（内面）で全反射することができる。
【００４１】
なお、導光部材１００の屈折率をＮ１とし、光学部材２００の屈折率をＮ２とし、透明部材６００ａの屈折率をＮ３ａとし、接着層６０１ａの屈折率をＮ４ａとした場合、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線が面１０５で全反射するためには、
Ｎ１＞Ｎ４ａ
である必要がある。
また、外光のシースルー性を確保するためには、
Ｎ３ａ＜Ｎ４ａ＜Ｎ２
とすることが望ましい。これにより、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光が面１０５、面１０６および画像取り出し部１０３の面２１３で全反射し、かつ、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）を保持することが可能となる。
図２０Ｃに、実施の形態３の変形例１の組立図を示す。
【００４２】
（実施形態４）
本実施形態４の構成を、図２１Ａ〜図２１Ｂ、図２２Ａ〜図２２Ｂに示す。
図２１Ａに示すように、光学部材２００の＋Ｚ側の面に延伸部６０３を設けたものである。延伸部６０３は、導光部材１００の面１０５を覆うように、光線入射部１０１側（＋Ｘ側）に延伸させた形状を有している。この延伸部６０３の表面（＋Ｚ側の面）は、単一の連続した面で構成されている。したがって、実施形態２等で示したエッジ部（鋭角部）２１１（図１６等参照）に相当する形状を備えないため、好ましい構成である。
一方、ライトガイド５０、即ち、導光部材１００および光学部材２００、の−Ｚ側の面には、図９に示す実施形態１と同様に、透明部材６００ｂを配置した。これにより、エッジ部（鋭角部）２１１ｂがライトガイド５０の最表面ではなくなるため、好ましい構成である。
【００４３】
本実施形態４の構成の各部材の組立前の状態を図２１Ｂに示す。また、本実施形態４の構成の分解斜視図を図２２Ａに示す。同図中のハッチング部は接着層６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃを示す。
接着層６０１ａは、面１０５と面２１５を接着し、接着層６０１ｂは、面２１６と面１０６および面２１２を接着し、接着層６０１ｃは、面２１４と面２１３を接着している。接着層６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃは、各接着面において全面に設けられる。
導光部材１００の屈折率をＮ１、光学部材２００の屈折率をＮ２、透明部材６００ｂの屈折率をＮ３、接着層６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃの屈折率をN4とすると、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光線が面１０５で全反射するためには、
Ｎ１＞Ｎ４
である必要がある。
また、外光のシースルー性を確保するためには、
Ｎ２＞Ｎ４、Ｎ３＞Ｎ４
とすることが望ましい。これにより、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光が面１０５、面１０６および画像取り出し部１０３の面２１３で全反射し、かつ、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）を保持することが可能となる。
【００４４】
なお、接着層が厚い場合には、接着層の最周辺またはその近傍に間隔保持部材を備えたり、接着層内部にスペーサ部材を分散させたりすることにより、接着層の厚さの均一性を確保することが可能である。
また、実施形態１に係る図１０Ｃと同様に、本実施形態４の場合も、図２２Ｂに示すようにライトガイド５０の上面および下面の少なくとも一方に補強部材６０５ａ、６０５ｂを接着しても構わない。
【００４５】
（実施形態４の変形例１）
図２３〜図２９に、実施形態４の変形例１〜実施例７の構成を示す。
図２３は、実施形態４の変形例１の構成を示している。
図２３中のハッチング部は、図２１、図２２に示す実施形態４と同様に、接着層６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃを示す。接着層６０１ａは、面１０５と面２１５を接着し、接着層６０１ｂは、面２１６と面１０６および面２１２を接着し、接着層６０１ｃは、面２１４と面２１３を接着している。接着層６０１ｂ、６０１ｃは、実施形態４と同様に、各接着面において全面に設けられる。
一方、接着層６０１ａにおいては、面２１５の最周辺の４辺にのみ一定幅に亘って接着層６０１ａが設けられており、接着層６０１ａで囲まれた内部領域はエアギャップ６０２となる。この場合も、エアギャップ６０２内にスペーサ部材（不図示）を分散して配置させることにより、その厚さの均一性を確保することが可能である。
【００４６】
（実施形態４の変形例２）
図２４に、実施形態４の変形例２の構成を示す。
これらの図に示す実施形態４の変形例２〜７のハッチング部は、変形例１と同様に、接着層６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃを表し、ハッチングが施されていない領域は、エアギャップ６０２となることを表す。これらの例も、エアギャップ６０２内にスペーサ部材（不図示）を分散して配置させることにより、エアギャップ６０２の厚さの均一性を確保することが可能である。
また、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光が面１０５、面１０６および画像取り出し部１０３（面２１３）で全反射する角度や、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）について、確保すべき画角の要求に応じて、接着層の屈折率や、接着層およびエアギャップの領域を適宜設定すればよい。
図２５に実施形態４の変形例３の構成を示す。
この変形例３においては、光学部材２００の面２１４およびその延伸部６０３の面２１５と、導光部材１００の面２１３と面１０５との間の接着層６０１ｃおよび接着層６０１ｃが周辺部に形成され、その周辺部に囲まれる内部にエアギャップ６０２が形成されている。
【００４７】
また、実施の形態４の変形例４においては、図２６に示すように、導光部材１００と面２１６と透明部材６００ｂの面との間の接着層６０１ｂの部分にエアギャップ６００を設けた例を示す。
また、実施の形態４の変形例５においては、光学部材２００の面２１４および延伸部６０３の面２１５と導光部材１００の面２１３および面１０５との間の接着層６０１ｃおよび６０１ａの内部にエアギャップ６０２を設けると共に、導光部材１００と透明部材６００ｂとの間の接着層６０１ｂの内部にも、エアギャップ６０２を設けたものである。
また、実施の形態４の変形例６においては、上記エアギャップ６０２は、光学部材１００の面１０５と延伸部６０３との間の接着層６０１ａのみに設けたものである。
また、実施の形態４の変形例７においては、図２９に示すように、エアギャップ６０２は、導光部材１００と光学部材２００との間および導光部材１００と透明部材６００ｂとの間を接合する接着層６０１ａおよび６０１ｂの部分に設けたものである。
【００４８】
（実施形態５）
図３０Ａ〜図３０Ｃに、さらに実施形態５の構成を示す。
図３０Ａに示すように、本実施形態５は、実施形態４が備えている透明部材６００ｂを省略した構成である。このように、空気中の塵埃が付着しやすいライトガイド５０における＋Ｚ側の面に、光学部材２００を延伸させた延伸部６０３を設け、ライトガイド５０の最前面に単一の連続した面を配置することが望ましい（請求項８に対応する）。
図３０Ｂは、本実施形態５の各部財の導光部材１００と光学部材２００の対応を示す図である。
図３０Ｃに示すように、本実施形態５では、接着層６０１ａは、実施形態４の変形例６（図２８参照）と類似の構成である。接着層６０１ａは、面２１５の周縁の４辺にのみ一定幅に設けられており、接着層６０１ａで囲まれた中間領域はエアギャップ６０２となる。接着層６０１ｃは、面２１４の全面に設けられる。
なお、実施形態４およびその変形例と同様に、光線入射部１０１から導光部材１００に入射した光が面１０５、面１０６および画像取り出し部１０３（面２１３）で全反射する角度や、景色等の外光の透過性（外光のシースルー性）について、確保すべき画角の要求に応じて、接着層の屈折率や、接着層およびエアギャップの領域を適宜設定すればよい。
【００４９】
（実施形態５の変形例１）
図３１に、実施形態５の変形例１の構成を示す。
実施形態４との違いは、導光部材１００の面１０６（−Ｚ側の面）にも延伸部６０３ｂを設けたことである。延伸部６０３ｂは、光学部材２００の面２１２を覆うように、光線入射部１０１とは反対側（−Ｘ側）に延伸させた形状を有している。延伸部６０３ｂの表面（−Ｚ側の面）は、単一の連続した面で構成されている（請求項８に対応する）。したがって、実施態様２等で示したエッジ部（鋭角部）２１１（図１１等参照）に相当する形状を備えないため、好ましい構成である。
【００５０】
（実施形態６）
図３２に実施形態６の構成を示す。
本実施形態６は、実施形態２の変形例（図１５）と概ね同一の構成であるが、上記変形例２における透明部材６００を透過率可変手段７００に置き換えた構成とした。この場合、面１０６側には、保護フィルム等と同様に機能する透明部材６００ｂを装着しても構わない。
透過率可変手段７００は、電気信号にて透過率を駆動/制御可能なエレクトロクロミックや液晶等を採用することが可能である（請求項９に対応する）。
景色など外光の明るさや色彩の影響により、虚像表示装置による画像情報（虚像）が目視しづらい場合は、この画像情報に応じてこの透過率可変手段７００により景色の透過率（外光のシースルー性）を適正に調整することが可能となる（請求項１０に対応する）。さらに、ユーザが透過率を調整することができるように、虚像光学系または虚像表示装置に、操作部を設けておくことが望ましい。
【００５１】
また、表示する画像（虚像）が暗い場合には景色の透過率（外光のシースルー性）を低下させ、表示する画像が明るい場合には透過率を向上させるように制御する制御手段を備えることが望ましい。これにより、ユーザが操作しなくても、画像の視認性の低下を回避し、適正な画像を目視することが可能となる。
さらに、周囲の明るさを検知する照度センサを虚像光学系または虚像表示装置に備えることが望ましい。照度センサによる明るさの検出結果と表示する画像の明るさとを比較し、その結果に応じて透過率を制御する制御手段を備えることにより、ユーザが操作しなくても適正な画像を目視することが可能となる（請求項１１に対応する）。
【００５２】
（実施形態７）
図３３に、実施形態７の構成を示す。
実施形態１〜５においては、導光部材１００の画像取り出し部１０３に面して、光学部材２００を配置したが、本実施形態７では、間隔保持部材２２０を設けることにより、光学部材２００を省略した構成とした。
このように光学部材２００を配置しないため、低コスト化、軽量化を達成することができる。
また、間隔保持部材２２０を配置することにより、透明部材６００ａが破損しやすくなることを回避することができる。
エッジ部（鋭角部）２１１ｂを透明部材６００ｂで覆う構成であるため、エッジ部（鋭角部）２１１ｂが欠損したり、ユーザが不用意に触れた際に負傷したりすることを回避することが可能となる。
【００５３】
即ち、上述した点をさらに詳しく説明すると、ライトガイド６０は、導光部材１００と、この導光部材１００の前面側（＋Ｚ側）を覆うと共に、導光部材１００の全長より長い延伸部を有する前面側透明部材６００ａと、
導光部材１００の後面側（−Ｚ側）を覆うと共に、導光部材１００の全長より長い延伸部を有する後面側透明部材６００ｂと、
前面側透明部材６００ａと後面側透明部材６００ｂの対向する延伸部の間に介挿される間隔保持部材２２０と、
導光部材１００と前面側透明部材６００ａとの間、導光部材１００と後面側透明部材６００ｂ、との間および間隔保持部材２２０と前面側透明部材６００ａの延伸部との間並びに間隔保持部材２２０と後面側透明部材６００ｂとの間を、接合する接着剤による接着層６０１ａ、６０１ｂ並びに６０１Ｃより構成してなる。
このように構成してなるライトガイド６０は、前面側透明部材６００ａの延伸部と導光部材１００の画像取り出し部１０３と、間隔保持部材２００とで囲まれる部分にエアギャップが形成されることになる（請求項１３に対応する）。
【００５４】
（実施形態８）
図３４に実施形態８の構成を示す。
本実施形態８は、画像取り出し部１０３により反射される画像情報である光線のうち、例えば、点Ｐ１や点Ｐ２を反射した光線と比較して、−Ｘ側端部付近の点Ｐ３で反射した光線は、観察者（ユーザ）の眼に入射する際に、明るさが暗くなりやすい。そのため、観察者（ユーザ）の視野の右端部（−Ｘ則端部）付近の虚像（画像情報）が外光の明るさに対して暗くなり、観察者（ユーザ）は不自然な映像（虚像＋外光）を認識することになる。
そこで、透過率可変手段７００における観察者（ユーザ）の視野の右端部付近に相当する領域Ａ内のみ透過率を可変とすることが望ましい。即ち、透過率可変手段は、画像取り出し部１０３における光線入射部付近または光線入射部１０１とは反対側の端部付近で反射した光線に対応する視野の透過率のみを可変とすることが望ましい（請求項１２に対応する）。これにより、領域Ａ内の透過率を低下させることで、映像全体の明るさとして不自然さを感じなくなり、好ましい構成とある。
このように、上述した種々の実施形態１〜８により、コンパクトでその最表面（前側面、後側面）に鋭角部が形成されないライトガイドを備えた虚像表示装置に好適な虚像光学系が実現される。
【００５５】
（虚像表示装置）
上述したライトガイド５０、６０および虚像光学系を用いた虚像表示装置の構成を図３５に示す。同図では、画像情報の光線経路を矢印で示すとともに、観察者（ユーザ）、即ちユーザの目を模式的に描いている。同図に示す虚像表示装置は、図２に示す虚像光学系に画像表示素子１０を照明するための光源ＬＳを加えたものであり、虚像を表示させるための画像表示素子１０と、前記画像表示素子１０の画像情報をライトガイド５０にカップリングするカップリング光学系３００と、このカップリング光学系３００により拡大されて入射した画像情報を導光させるためのライトガイド５０の位置関係を示している。
図２と同一部分についての説明は省略する。画像表示素子１０は、光源を必要とするＬＣＯＳやＤＭＤなどが用いられる。光源ＬＳは、種々のものが適用でき、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、放電ランプなどを用いることができる。
【００５６】
このような虚像表示装置によれば、光源ＬＳで照明された画像表示素子１０の画像情報は、カップリング光学系３００で拡大されてライトガイド５０に入射する。即ち、カップリング光学系３００で拡大された画像情報は、ライトガイド５０における導光部材１００の光線入射部１０１から入射して導光部材１００の内部に導光される。導光された画像情報は、画像取り出し部１０３で反射され、光線射出部１０４からユーザの両目に向けて画像情報として射出される。ユーザは、導光部材１００の光線射出部１０４を通して前方を覗くことで、画像情報の虚像を視認することができる。
上述の実施形態１〜８では、虚像観察者（ユーザ）の左側に導光部材１００の光線入射部１０１を配置して、画像情報を虚像観察者（ユーザ）の左側から入射する例について説明した。このような配置を左右逆にする場合、即ち虚像観察者（ユーザ）の右側に導光部材１００の光線入射部１０１を配置して、画像情報を虚像観察者（ユーザ）の右側から入射する場合も、上述と同一の効果が得られる。
上述した実施形態１〜８のライトガイド５０を眼鏡型の虚像表示装置、即ちＨＭＤに適用した場合を図３６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に例示する。
【００５７】
図３６（ａ）に示す例は、一つのライトガイド５０を両眼用のＨＭＤに適用した場合であり、導光部材１００の光線入射部１０１をユーザの右側に配置している。ライトガイド５０は、ユーザの耳に掛けられるツルとしての役割を担うフレーム部４００に固定される。図３６（ａ）ではフレーム部４００を簡略化して表しているが、フレーム部４００は、ライトガイド５０の両端側のみならず、上側縁や下側縁を覆う形状とすることができる。
また、図３８（ｂ）および（ｃ）に示す例は、一つのライトガイド５０を小型化して単眼用のＨＭＤに適用した場合である。図３８（ｂ）に示す例は、二つのライトガイド５０，５０をユーザの左右各々の目の位置に対応させて配置した場合であり、各ライトガイドの光線入射部１０１は、左右外側に配置される。
なお、図３６では虚像光学系や光源の図示を省略したが、これらはフレーム部４００に取り付けることができる。即ち、図３６（ａ）および（ｃ）に示す例では光源ＬＳ、画像表示素子１０およびカップリング光学系３００を右目側のフレーム部に、図３６（ｂ）に示す例ではこれらを左右両方のフレーム部に取り付ければよい。
【００５８】
上述した実施形態は、ライトガイド５０を、眼鏡型のＨＭＤに適用した場合について説明した。他方、上述したライトガイド５０は、他の種類のＨＭＤにも適用可能であり、さらには、上述した虚像光学系を備えたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等の虚像表示装置にも適用できる。（請求項１５に対応する）ライトガイド５０は、特に、微小デバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を虚像表示するのに適している。
以上のように、本発明に係る実施形態１〜８およびその変形例によれば、その最表面に鋭角部が形成されず、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがない光透過性基板（ライトガイド）を備えた虚像光学系を提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  画像表示素子
３００  カップリング光学系
ＬＳ  光源
５０、６０  ライトガイド
１００  導光部材
１０１  光線入射部
１０３  画像取り出し部
１０３ａ  第１面
１０３ｂ  第２面
１０３ｃ  第３面
１０４  光線射出部
１０５  面（前側面）
１０６  面（導光部材１００の光線射出部１０４側の面、後側面）
１４０、６０２  エアギャップ
２００  光学部材
２１０  対向する面（前面、図５、図１１等）
２１１ａ  エッジ部（鋭角部）（図１１）
２１１ｂ  エッジ部（鋭角部）（同）
２１２〜２１６  面
４００  フレーム部
６００  透明部材
６００ａ、６００ｂ  透明部材
６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ  接着層
６０２  エアギャップ
６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃ  延伸部
６０４  間隔保持部材
６０５ａ、６０５ｂ  補強部材
７００  透過率可変手段（図２５）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特許４５０８６５５号公報
【図１】
2017142406.tif 000003
【図２】
2017142406.tif 000004
【図３】
2017142406.tif 000005
【図４】
2017142406.tif 000006
【図５】
2017142406.tif 000007
【図６】
2017142406.tif 000008
【図７】
2017142406.tif 000009
【図８】
2017142406.tif 000010
【図９】
2017142406.tif 000011
【図１０Ａ】
2017142406.tif 000012
【図１０Ｂ】
2017142406.tif 000013
【図１０Ｃ】
2017142406.tif 000014
【図１１】
2017142406.tif 000015
【図１２】
2017142406.tif 000016
【図１３Ａ】
2017142406.tif 000017
【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
2017142406.tif 000020
【図１６】
2017142406.tif 000021
【図１７】
2017142406.tif 000022
【図１８Ａ】
2017142406.tif 000023
【図１８Ｂ】
2017142406.tif 000024
【図１８Ｃ】
2017142406.tif 000025
【図１９】
2017142406.tif 000026
【図２０Ａ】
2017142406.tif 000027
【図２０Ｂ】
2017142406.tif 000028
【図２０Ｃ】
2017142406.tif 000029
【図２１Ａ】
2017142406.tif 000030
【図２１Ｂ】
2017142406.tif 000031
【図２２Ａ】
2017142406.tif 000032
【図２２Ｂ】
2017142406.tif 000033
【図２３】
2017142406.tif 000034
【図２４】
2017142406.tif 000035
【図２５】
2017142406.tif 000036
【図２６】
2017142406.tif 000037
【図２７】
2017142406.tif 000038
【図２８】
2017142406.tif 000039
【図２９】
2017142406.tif 000040
【図３０Ａ】
2017142406.tif 000041
【図３０Ｂ】
2017142406.tif 000042
【図３０Ｃ】
2017142406.tif 000043
【図３１】
2017142406.tif 000044
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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