JP2018049106A - 光学素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縞状のムラもしくはゴーストを低減できる表示装置を提供する。【解決手段】光学素子３０は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、画像光および外界光の一部を反射させ、画像光および外界光の他の一部を透過させる複数のハーフミラー３１と、複数のハーフミラー３１の隣り合う２つのハーフミラー３１A,３１Bの間に介在する透光性部材３２と、を備える。透光性部材３２は、画像光および外界光を入射させる入射面３２ａと、画像光および外界光を射出させる射出面３２ｂと、を備える。複数のハーフミラー３１の各々は、それぞれ入射面３２ａおよび射出面３２ｂに対して傾斜して配置されている。複数のハーフミラー３１は、画像光および外界光に含まれる所定の偏光成分に対する反射率が互いに異なる少なくとも一つの第１ハーフミラー３１Ａと少なくとも一つの第２ハーフミラー３１Ｂとを含む。【選択図】図４

Description

本発明は、光学素子および表示装置に関する。

近年、ウェアラブル情報機器の一つとして、ヘッドマウントディスプレイなどの観察者の頭部に装着して使用する方式の画像表示装置が提供されている。また、観察者が画像表示装置を装着した際に、表示素子で生成された画像と外界の像の双方を同時に視認できる画像表示装置、いわゆるシースルー型の画像表示装置が知られている。

下記の特許文献１には、光源と、第１ミラー、第１光偏向手段、第２ミラー、および第２光偏向手段を備えた走査手段と、を備え、第２光偏向手段から射出された光を観察者の瞳に導く画像表示装置が開示されている。特許文献１には、第２光偏向手段を構成する複数の半透過膜の各々が、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分のうち、いずれか一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過させることが記載されている。

下記の特許文献２には、光透過性を有する基板と、マルチミラーからなる偏向光学部と、を有する画像表示光学系を備えた画像表示装置が開示されている。特許文献２には、マルチミラーは基板の法線に対して傾斜した複数の微小反射面を有していること、および、入射光の偏光状態に応じて微小反射面を最適に設計することが記載されている。

特開２０１２−００８３５６号公報 国際公開第２００５／０８８３８４号

特許文献１および特許文献２に記載の画像表示装置は、全ての半透過膜もしくは微小反射面が同一の反射特性を有することを前提としている。これらの画像表示装置においては、複数の半透過膜のパターン、もしくはマルチミラーのストライプパターンに起因して表示画像に縞状のムラが視認される、外界像が二重に視認される現象（ゴースト）が発生する、等の課題があった。

本発明の一つの態様は、上記の課題のうちの少なくとも一つを解決するためになされたものである。すなわち、本発明の一つの態様は、縞状のムラが視認されることを低減できる表示装置を提供することを目的の一つとする。もしくは、本発明の一つの態様は、外界像が二重に視認されることを低減できる表示装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の表示装置の光射出部に用いて好適な光学素子を提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光学素子は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、画像光および外界光の一部を反射させ、前記画像光および前記外界光の他の一部を透過させる複数のハーフミラーと、前記複数のハーフミラーの隣り合う２つの前記ハーフミラーの間に介在する透光性部材と、を備え、前記透光性部材は、前記画像光および前記外界光を入射させる入射面と、前記画像光および前記外界光を射出させる射出面と、を備え、前記複数のハーフミラーの各々は、それぞれ前記入射面および前記射出面に対して傾斜して配置され、前記複数のハーフミラーは、前記画像光および前記外界光に含まれる所定の偏光成分に対する反射率が互いに異なる少なくとも一つの第１ハーフミラーと少なくとも一つの第２ハーフミラーとを含むことを特徴とする。

本発明の一つの態様の光学素子は、所定の偏光成分に対する反射率が互いに異なる少なくとも一つの第１ハーフミラーと少なくとも一つの第２ハーフミラーとを含む複数のハーフミラーを備えている。そのため、本発明の一つの態様の光学素子は、画像光が第１ハーフミラーおよび第２ハーフミラーのそれぞれに入射して射出されるときに、反射率が同一の複数のハーフミラーを備えた従来の光学素子の場合よりも、各ハーフミラーから射出される反射光の強度差を小さくすることができる。これにより、縞状のムラが視認されることを低減することができる。

また、本発明の一つの態様の光学素子は、所定の偏光成分に対する反射率が互いに異なる少なくとも一つの第１ハーフミラーと少なくとも一つの第２ハーフミラーとを含む複数のハーフミラーを備えている。そのため、本発明の一つの態様の光学素子は、外界光が第１ハーフミラーで反射した後に第２ハーフミラーで反射した光の強度を、反射率が同一の複数のハーフミラーを備えた従来の光学素子よりも小さくすることができる。これにより、外界像が二重に視認されることを低減することができる。

本発明の一つの態様の光学素子において、前記ハーフミラーに対するＳ偏光成分の反射率と前記ハーフミラーに対するＰ偏光成分の反射率との平均値を平均反射率としたとき、前記第１ハーフミラーは、前記Ｓ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも高く、かつ、前記Ｐ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも低く、前記第２ハーフミラーは、前記Ｓ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも低く、かつ、前記Ｐ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも高くてもよい。

この構成によれば、各ハーフミラーから射出されるＳ偏光成分とＰ偏光成分とを合わせた反射光の強度差を従来よりも小さくすることができる。これにより、縞状のムラを低減することができる。

本発明の一つの態様の光学素子において、前記複数のハーフミラーは、複数の前記第１ハーフミラーと複数の前記第２ハーフミラーとを含み、前記複数のハーフミラーの配列方向において前記第１ハーフミラーと前記第２ハーフミラーとが交互に配置されていてもよい。

この構成によれば、隣り合う２つのハーフミラーから射出される画像光の反射光の強度差を小さくすることができる。これにより、ハーフミラーの配列ピッチに対応して生じる縞状のムラを低減することができる。また、外界光が第１ハーフミラーで反射した後にその隣に位置する第２ハーフミラーで反射する場合の光の強度を従来の光学素子よりも小さくすることができる。これにより、ハーフミラーの配列ピッチに対応して生じる二重像を低減することができる。

本発明の一つの態様の表示装置は、画像形成装置と、前記画像形成装置で生成された画像光を導光する導光装置と、を備え、前記導光装置は、前記画像光を入射させる入射部と、前記入射部から入射した前記画像光を導光させる導光体と、前記画像光を射出させる射出部と、を備え、前記射出部は、本発明の一つの態様の光学素子を備えていることを特徴とする。

本発明の一つの態様の表示装置は、本発明の一つの態様の光学素子を有する射出部を備えているため、縞状のムラが視認されることを低減できる表示装置を実現することができる。もしくは、外界像が二重に見えることを低減できる表示装置を実現することができる。

本発明の一つの態様の表示装置において、前記射出部は、前記導光体の視認側の面に設けられていてもよい。
この構成によれば、設計が容易な表示装置を実現することができる。

実施形態の表示装置の平面図である。 導光装置を観察者側から見た裏面図である。 導光装置における画像光の光路を示す図である。 実施形態の光学素子の拡大図である。 第１ハーフミラーの反射・透過特性を示すグラフである。 第２ハーフミラーの反射・透過特性を示すグラフである。 従来の光学素子の一つの作用を説明するための図である。 実施形態の光学素子の一つの作用を説明するための図である。 第２ハーフミラーにおけるＳ偏光成分の反射率と光強度差との関係の一例を示すグラフである。 第２ハーフミラーにおけるＳ偏光成分の反射率と光強度差との関係の他の例を示すグラフである。 第２ハーフミラーにおけるＳ偏光成分の反射率と光強度差との関係のさらに他の例を示すグラフである。 第２ハーフミラーにおけるＳ偏光成分の反射率と光強度の標準偏差との関係を示すグラフである。 従来の光学素子における表示画像の一例を示す写真である。 図１３のＡ−Ａ線に沿う光強度プロファイルを示す図である。 従来の光学素子の他の作用を説明するための図である。 実施形態の光学素子の他の作用を説明するための図である。 第２ハーフミラーにおけるＳ偏光成分の反射率とゴーストコントラストとの関係の一例を示すグラフである。 第２ハーフミラーにおけるＳ偏光成分の反射率とゴーストコントラストとの関係の他の例を示すグラフである。 画像のシミュレーション結果を示す図である。 図１９のＢ−Ｂ線に沿う光強度プロファイルを示す図である。 実施形態の光学素子のさらに他の作用を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態の表示装置は、例えば観察者が頭部に装着して用いるヘッドマウントディスプレイとして用いられる。
図１は、実施形態の表示装置の平面図である。図２は、導光装置を観察者側から見た裏面図である。図３は、導光装置における画像光の光路を示す図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

（導光装置および表示装置の全体構成）
図１に示すように、表示装置１００は、画像形成装置１０と、導光装置２０と、を備えている。図１は、図２に示す導光装置２０のＡ−Ａ断面と対応する。
表示装置１００は、画像形成装置１０による画像を観察者に虚像として視認させるとともに、外界像を観察者にシースルーで観察させる。表示装置１００において、画像形成装置１０と導光装置２０とは、観察者の右眼と左眼とに対応して一組ずつ設けられている。右眼用の装置と左眼用の装置とは、配置が左右対称であって構成は同一である。そのため、ここでは左眼用の装置のみを示し、右眼用の装置については図示を省略する。表示装置１００は、全体として例えば眼鏡のような外観を有する。

画像形成装置１０は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子１１と、投射レンズ１２と、を備えている。有機ＥＬ素子１１は、動画像、静止画像等の画像を構成する画像光ＧＬを射出する。投射レンズ１２は、有機ＥＬ素子１１上の各点から射出された画像光ＧＬを略平行光線にするコリメートレンズで構成されている。投射レンズ１２は、ガラスもしくはプラスチックで形成され、１枚に限らず、複数枚で構成されていてもよい。投射レンズ１２は、球面レンズに限らず、非球面レンズ、自由曲面レンズ等で構成されていてもよい。

導光装置２０は、平板状の光透過部材を有する。導光装置２０は、画像形成装置１０で生成された画像光ＧＬを導光した後に観察者の眼ＥＹに向けて射出する一方、外界像を構成する外界光ＥＬを透過させる。導光装置２０は、画像光を取り込む入射部２１と、主に画像光を導光させる平行導光体２２と、画像光ＧＬおよび外界光ＥＬを取り出すための射出部２３と、を備える。平行導光体２２と入射部２１とは、高い光透過性を有する樹脂材料により一体成形されている。本実施形態において、導光装置２０を伝播する画像光ＧＬの光路は、同一回数反射される１種類の光路からなり、複数種類の光路が合成されるものではない。

平行導光体２２は、観察者の眼ＥＹを基準とする光軸ＡＸに対して傾いて配置されている。平行導光体２２の平面２２ａの法線方向Ｚは、光軸ＡＸに対して角度κだけ傾いている。これにより、平行導光体２２を顔の前面に沿って配置でき、平行導光体２２の平面２２ａの法線は、光軸ＡＸに対して傾きを有する。このように、平行導光体２２の平面２２ａの法線を光軸ＡＸに平行なｚ方向に対して角度κだけ傾けたことにより、光学素子３０から射出させる光軸ＡＸ上およびその近傍の画像光ＧＬ０は、光射出面ＯＳの法線に対して角度κをなす。
なお、光軸ＡＸに平行な方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面のうち、水平方向をｘ方向とし、鉛直方向をｙ方向とする。

入射部２１は、光入射面ＩＳと、反射面ＲＳと、を有する。画像形成装置１０からの画像光ＧＬは、光入射面ＩＳを介して入射部２１内に取り込まれる。入射部２１内に取り込まれた画像光ＧＬは、反射面ＲＳで反射して平行導光体２２の内部に導かれる。光入射面ＩＳは、投射レンズ１２から見て凹となる曲面２１ｂから形成されている。曲面２１ｂは、反射面ＲＳで反射された画像光ＧＬを内面側で全反射する機能も有する。

反射面ＲＳは、投射レンズ１２から見て凹となる曲面２１ａから形成されている。反射面ＲＳは、曲面２１ａ上に蒸着法等により成膜されたアルミニウム膜等の金属膜から構成されている。反射面ＲＳは、光入射面ＩＳから入射した画像光ＧＬを反射して光路を折り曲げる。曲面２１ｂは、反射面ＲＳで反射された画像光ＧＬを内側で全反射して光路を折り曲げる。このように、入射部２１は、光入射面ＩＳから入射した画像光ＧＬを２回反射させ、光路を折り曲げることにより、画像光ＧＬを平行導光体２２の内部に確実に導く。

平行導光体２２は、ｙ軸に対して平行、かつｚ軸に対して傾斜した平板状の導光部材である。平行導光体（導光体）２２は、光透過性を有する樹脂材料等によって形成され、互いに略平行な一対の平面２２ａ，２２ｂを有する。平面２２ａ，２２ｂは、平行平面であるため、外界像の拡大やフォーカスズレが生じることがない。平面２２ａは、入射部２１からの画像光を全反射させる全反射面として機能し、画像光ＧＬを少ない損失で射出部２３に導く。平面２２ａは、平行導光体２２の外界側に配置されて第１の全反射面として機能し、本明細書中においては外界側面とも称する。

平面２２ｂは、本明細書中においては観察者側面とも称する。平面２２ｂ（観察者側面）は、射出部２３の一端まで延びている。ここで、平面２２ｂは、平行導光体２２と射出部２３との境界面ＩＦである（図３参照）。

平行導光体２２において、入射部２１の反射面ＲＳもしくは光入射面ＩＳで反射された画像光ＧＬは、全反射面である平面２２ａに入射し、平面２２ａで全反射され、導光装置２０の奥側、すなわち射出部２３が設けられた＋ｘ側もしくはＸ側に導かれる。図２に示すように、平行導光体２２は、導光装置２０の外形のうち、＋ｘ側の端面として終端面ＥＳを有する。また、平行導光体２２は、±ｙ側の端面として上端面ＴＰおよび下端面ＢＰを有する。
なお、平面２２ｂの面法線方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面のうち、水平方向をＸ方向とし、鉛直方向をＹ方向とする。

図３に示すように、射出部２３は、平行導光体２２の奥側（＋ｘ側）において、平面２２ｂもしくは境界面ＩＦに沿って板状に構成されている。射出部２３は、平行導光体２２の外界側の平面（全反射面）２２ａの領域ＦＲで全反射された画像光ＧＬを通過させる際に、入射した画像光ＧＬを所定の角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。ここでは、射出部２３にこれを透過することなく最初に入射する画像光ＧＬが虚像光としての取出し対象である。つまり、射出部２３において光射出面ＯＳの内面で反射される光があっても、これは画像光として利用されない。

射出部２３は、光透過性を有する複数のハーフミラー３１が一方向に配列された光学素子３０を有する。光学素子３０の構造については、図４等を参照して後に詳述する。光学素子３０は、平行導光体２２の観察者側の平面２２ｂに沿って設けられている。

導光装置２０が以上のような構造を有することから、図３に示すように、画像形成装置１０から射出され、光入射面ＩＳから導光装置２０に入射した画像光ＧＬは、入射部２１で複数回の反射によって光路が折り曲げられ、平行導光体２２の平面２２ａの領域ＦＲにおいて全反射されて光軸ＡＸに略沿って進む。＋ｚ側の平面２２ａの領域ＦＲで反射された画像光ＧＬは、射出部２３に入射する。

この際、ｘｙ面内において、領域ＦＲの長手方向の幅は、射出部２３の長手方向の幅よりも狭い。つまり、画像光ＧＬの光線束が射出部２３（もしくは光学素子３０）に入射する入射幅は、画像光ＧＬの光線束が領域ＦＲに入射する入射幅よりも広い。このように、画像光ＧＬの光線束が領域ＦＲに入射する入射幅を相対的に狭くすることにより、光路の干渉が生じにくくなり、境界面ＩＦを導光に利用することなく、すなわち、境界面ＩＦで画像光ＧＬを反射させず、領域ＦＲからの画像光ＧＬを射出部２３（もしくは光学素子３０）に直接入射させることが容易になる。

射出部２３に入射した画像光ＧＬは、射出部２３において適切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から射出される。光射出面ＯＳから射出された画像光ＧＬ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画像光ＧＬを認識することができる。

ここで、像形成に用いられる画像光ＧＬが射出部２３に入射する角度は、光源側の入射部２１から離れるに従って大きくなっている。すなわち、射出部２３の奥側には、外界側の平面２２ａに平行なＺ方向、または光軸ＡＸに対して傾きの大きな画像光ＧＬが入射して比較的大きな角度で折り曲げられ、射出部２３の前側には、Ｚ方向、または光軸ＡＸに対して傾きの小さな画像光ＧＬが入射して比較的小さな角度で折り曲げられる。

（画像光の光路）
以下、画像光の光路について詳しく説明する。
図３に示すように、有機ＥＬ素子１１の射出面１１ａ上からそれぞれ射出される画像光のうち、破線で示す射出面１１ａの中央部分から射出される成分を画像光ＧＬ０とし、１点鎖線で示す射出面１１ａの周辺のうち、紙面左側（−ｘおよび＋ｚ側）から射出される成分を画像光ＧＬ１とし、２点鎖線で示す射出面１１ａの周辺のうち、紙面右側（＋ｘおよび−ｚ側）から射出される成分を画像光ＧＬ２とする。これらのうち、画像光ＧＬ０の光路は光軸ＡＸに沿って延びるものとする。

投射レンズ１２を経た画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２の主要成分は、導光装置２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、入射部２１を経て平行導光体２２内を通過して射出部２３に至る。具体的には、画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２のうち、射出面１１ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ０は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、標準反射角θ０で一方の平面２２ａの領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（もしくは光学素子３０）との境界面ＩＦで反射されずに境界面ＩＦを通過し、射出部２３の中央の部分２３ｋに直接的に入射する。画像光ＧＬ０は、部分２３ｋにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから光射出面ＯＳを含むＸＹ面に対して傾いた光軸ＡＸ方向（Ｚ方向に対して角度κの方向）に平行光束として射出される。

射出面１１ａの一端側（−ｘ側）から射出された画像光ＧＬ１は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、最大反射角θ１で平面２２ａの領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（もしくは光学素子３０）との境界面ＩＦで反射されずに境界面ＩＦを通過し、射出部２３のうち、奥側（＋ｘ側）の部分２３ｈにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角γ１は、入射部２１側に戻される角度が相対的に大きくなっている。

一方、射出面１１ａの他端側（＋ｘ側）から射出された画像光ＧＬ２は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、最小反射角θ２で平面２２ａの領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（もしくは光学素子３０）との境界面ＩＦで反射されずに境界面ＩＦを通過し、射出部２３のうち、入口側（−ｘ側）の部分２３ｍにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角γ２は、入射部２１側に戻される角度が相対的に小さくなっている。

なお、画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、画像光ＧＬの光線全体の一部を代表して説明したものであるが、他の画像光ＧＬを構成する光線成分についても画像光ＧＬ０等と同様に導かれ、光射出面ＯＳから射出される。そのため、これらについては図示および説明を省略する。

ここで、入射部２１および平行導光体２２に用いられる透明樹脂材料の屈折率ｎの値の一例として、ｎ＝１．４とすると、臨界角θｃの値はθｃ≒４５．６°となる。画像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２の反射角θ０，θ１，θ２のうち、最小である反射角θ２を臨界角θｃよりも大きな値とすることにより、必要な画像光について全反射条件を満たすものとすることができる。

中央向けの画像光ＧＬ０は、仰角φ０（＝９０°−θ０）で射出部２３の部分２３ｋに入射する。周辺向けの画像光ＧＬ１は、仰角φ１（＝９０°−θ１）で射出部２３の部分２３ｈに入射する。周辺向けの画像光ＧＬ２は、仰角φ２（＝９０°−θ２）で射出部２３の部分２３ｍに入射する。ここで、仰角φ０，φ１，φ２間には、反射角θ０，θ１，θ２の大小関係を反映して、φ２＞φ０＞φ１の関係が成り立っている。すなわち、光学素子３０のハーフミラー３１への入射角ι（図４参照）は、仰角φ２に対応する部分２３ｍ、仰角φ０に対応する部分２３ｋ、仰角φ１に対応する部分２３ｈの順で徐々に小さくなる。換言すれば、ハーフミラー３１への入射角ιもしくはハーフミラー３１での反射角は、入射部２１から離れるに従って小さくなる。

平行導光体２２の外界側の平面２２ａで反射されて射出部２３に向かう画像光ＧＬの光線束の全体的な挙動について説明する。
図３に示すように、画像光ＧＬの光線束は、光軸ＡＸを含む断面において、平行導光体２２の外界側の領域ＦＲで反射される前後の直進光路Ｐ１，Ｐ２のいずれかで幅が絞られる。具体的には、画像光ＧＬの光線束は、光軸ＡＸを含む断面において、領域ＦＲ近辺、つまり直進光路Ｐ１，Ｐ２の境界付近で直進光路Ｐ１，Ｐ２に跨るような位置で全体として幅が絞られてビーム幅が細くなっている。これにより、画像光ＧＬの光線束を射出部２３の手前で絞ることになり、横方向の視野角を比較的広くすることが容易になる。
なお、図示の例では、画像光ＧＬの光線束が直進光路Ｐ１，Ｐ２に跨るような位置で幅が絞られてビーム幅が細くなっているが、直進光路Ｐ１，Ｐ２のいずれか片側のみで幅が絞られてビーム幅が細くなってもよい。

（光学素子の構成）
以下、射出部２３を構成する光学素子３０の構成について説明する。
図４は、本実施形態の光学素子３０の拡大図である。
射出部２３は、平行導光体２２の視認側の面に設けられた光学素子３０で構成されている。したがって、射出部２３は、平行導光体２２と同様に、光軸ＡＸに対して角度κだけ傾いたＸＹ平面に沿って設けられている。

図４に示すように、光学素子３０は、複数のハーフミラー３１と、複数の透光性部材３２と、を備えている。複数のハーフミラー３１は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、画像光ＧＬおよび外界光ＥＬの一部を反射させ、画像光ＧＬおよび外界光ＥＬの他の一部を透過させる。透光性部材３２は、複数のハーフミラー３１の隣り合う２つのハーフミラー３１の間に介在する。すなわち、光学素子３０は、複数の透光性部材３２が、隣り合う２つの透光性部材３２の間にそれぞれハーフミラー３１を挟持した構成を有する。換言すると、光学素子３０は、ハーフミラー３１と透光性部材３２とが交互に配置された構成を有する。

透光性部材３２は、長手方向に垂直な断面形状が平行四辺形の柱状の部材である。したがって、透光性部材３２は、長手方向に平行に延び、互いに平行な一対の平面を２組有している。これら２組の一対の平面のうち、一方の組の一方の平面が画像光ＧＬおよび外界光ＥＬを入射させる入射面３２ａであり、一方の組の他方の平面が画像光ＧＬおよび外界光ＥＬを射出させる射出面３２ｂである。また、他方の組の一方の平面に、ハーフミラー３１が設けられている。透光性部材３２は、例えばガラス、透明樹脂等により構成されている。

複数の透光性部材３２は、全て同じ形状、同じ寸法に構成されている。そのため、一対の透光性部材３２とハーフミラー３１とからなる組を複数貼り合わせると、複数のハーフミラー３１は、互いに平行に配置された形態となる。図４では図示を省略するが、ハーフミラー３１の一方の面と隣り合う透光性部材３２との間には、接着材層が設けられている。これにより、光学素子３０は、全体として矩形板状の部材となる。透光性部材３２の入射面３２ａもしくは射出面３２ｂの法線方向から光学素子３０を見ると、細い帯状の複数のハーフミラー３１がストライプ状に並べられた構造となる。すなわち、光学素子３０は、矩形状のハーフミラー３１が平行導光体２２の延びる方向、すなわちＸ方向に所定の間隔（ピッチＰＴ）をおいて複数配列された構成を有する。

ハーフミラー３１は、透光性部材３２間に挟まれた反射膜で構成されている。反射膜として、例えば屈折率が異なる複数の誘電体薄膜が交互に積層された誘電体多層膜で構成されている。ハーフミラー３１は、ハーフミラー３１の短辺が透光性部材３２の入射面３２ａおよび射出面３２ｂに対して傾斜して設けられている。より具体的には、ハーフミラー３１は、平行導光体２２の外界側に向かって反射面３１ｒが入射部２１側を向くように傾斜している。換言すると、ハーフミラー３１は、ハーフミラー３１の長辺（Ｙ方向）を軸として、平面２２ａ，２２ｂに直交するＹＺ面を基準として上端（＋Ｚ側）が反時計周りに回転する方向に傾斜している。すなわち、複数のハーフミラー３１の各々は、それぞれ入射面３２ａおよび射出面３２ｂに対して傾斜して配置されている。

以下、ハーフミラー３１の反射面３１ｒと透光性部材３２の射出面３２ｂとのなす角度をハーフミラー３１の傾斜角度δと定義する。本実施形態において、ハーフミラー３１の傾斜角度δは、４５°以上、９０°未満である。本実施形態では、透光性部材３２の屈折率と平行導光体２２の屈折率とは等しいが、これらの屈折率は異なっていてもよい。屈折率が異なる場合、屈折率が等しい場合に対してハーフミラー３１の傾斜角度δを変更する必要がある。

複数のハーフミラー３１は、画像光ＧＬおよび外界光ＥＬに含まれる所定の偏光成分、具体的には、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分に対する反射率が互いに異なる少なくとも一つの第１ハーフミラー３１Ａと、少なくとも一つの第２ハーフミラー３１Ｂと、を含んでいる。本実施形態においては、複数のハーフミラー３１は、複数の第１ハーフミラー３１Ａと、複数の第２ハーフミラー３１Ｂと、を含んでいる。複数のハーフミラー３１の配列方向（Ｘ方向）において、第１ハーフミラー３１Ａと第２ハーフミラー３１Ｂとは交互に配置されている。

図５は、第１ハーフミラー３１Ａの反射・透過特性を示すグラフである。図５において、横軸は波長［ｎｍ］であり、縦軸は反射率［％］および透過率［％］である。
図５に示すように、第１ハーフミラー３１Ａにおいては、波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲にわたって、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が概ね２５〜３０％の範囲にあり、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ１が概ね７０〜７５％の範囲にあり、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１が概ね０％であり、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ１が概ね１００％である。このような特性を有する第１ハーフミラー３１Ａは、例えば膜厚１７６ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３、膜厚２４ｎｍのＴｉＯ_２、膜厚５６ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３、膜厚１０８ｎｍのＴｉＯ_２の誘電体多層膜によって構成される。

図６は、第２ハーフミラー３１Ｂの反射・透過特性を示すグラフである。図６において、横軸は波長［ｎｍ］であり、縦軸は反射率［％］および透過率［％］である。
図６に示すように、第２ハーフミラー３１Ｂにおいては、波長４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲にわたって、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ２が概ね０〜５％の範囲にあり、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ２が概ね９０〜９５％の範囲にあり、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ２が概ね３０％であり、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ２が概ね６５％である。このような特性を有する第２ハーフミラー３１Ｂは、例えば膜厚１９０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３、膜厚４８ｎｍのＴｉＯ_２、膜厚１５ｎｍのＡｇ、膜厚４２ｎｍのＴｉＯ_２、膜厚２５ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３の誘電体多層膜と金属膜との積層膜によって構成される。

ここで、説明を簡単にするために、第１ハーフミラー３１Ａにおいては、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１をＲｓ１＝０．３（３０％）とし、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ１をＴｓ１＝０．７（７０％）とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１をＲｐ１＝０（０％）とし、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ１を１（１００％）とする。第２ハーフミラー３１Ｂにおいては、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ２をＲｓ２＝０（０％）とし、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ２をＴｓ２＝１（１００％）とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ２をＲｐ２＝０．３（３０％）とし、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ２をＴｐ２＝０．７（７０％）とする。

第１ハーフミラー３１Ａに対するＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１とＰ偏光成分の反射率Ｒｐ１との平均値を第１ハーフミラー３１Ａの平均反射率Ｒ１とする。また、第２ハーフミラー３１Ｂに対するＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２とＰ偏光成分の反射率Ｒｐ２との平均値を第２ハーフミラー３１Ｂの平均反射率Ｒ２とする。本実施形態においては、第１ハーフミラー３１Ａの平均反射率Ｒ１、第２ハーフミラー３１Ｂの平均反射率Ｒ２はともに１５％である。したがって、第１ハーフミラー３１Ａは、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも高く（Ｒｓ１＞Ｒ１）、かつ、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１が平均反射率Ｒ１よりも低い（Ｒｐ１＜Ｒ１）。第２ハーフミラー３１Ｂは、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ２が平均反射率Ｒ２よりも低く（Ｒｓ２＜Ｒ２）、かつ、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ２が平均反射率Ｒ２よりも高い（Ｒｐ２＞Ｒ２）。

なお、隣り合うハーフミラー３１の間のピッチＰＴは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度に設定される。ハーフミラー３１間のピッチＰＴは、厳密には等間隔でなく、可変ピッチで配置されている。より具体的には、光学素子３０におけるハーフミラー３１のピッチＰＴは、基準間隔を中心としてランダムに増減するランダムピッチとなっている。このように、光学素子３０におけるハーフミラー３１をランダムピッチで配置することにより、回折ムラやモアレの発生を抑制することができる。なお、ランダムピッチに限らず、例えば複数段階で増減するピッチを含む所定のピッチパターンを繰り返すものであってもよい。

光学素子３０の厚み、すなわち、ハーフミラー３１のＺ軸方向の厚みＴＩは、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ程度に設定される。光学素子３０を支持する平行導光体２２の厚みは、例えば数ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは４ｍｍ〜６ｍｍ程度となっている。平行導光体２２の厚みが光学素子３０の厚みに比較して十分大きいと、光学素子３０または境界面ＩＦへの画像光ＧＬの入射角を小さくしやすく、画像光ＧＬが眼ＥＹに取り込まれない位置にあるハーフミラー３１での反射を抑えやすい。一方、平行導光体２２の厚みを比較的薄くすると、平行導光体２２や導光装置２０の軽量化を図りやすくなる。

（光学素子の第１の作用および効果）
以下、本実施形態の光学素子３０の第１の作用および効果について説明する。
図７は、従来の光学素子１３０の第１の作用を説明するための図である。
図７に示すように、従来の光学素子１３０においては、複数のハーフミラー１３１の反射特性は、全てのハーフミラー１３１にわたって同一である。ハーフミラー１３１に対するＰ偏光成分の反射率ＲｐをＲｐ＝０（０％）とし、Ｓ偏光成分の反射率ＲｓをＲｓ＝０．３（３０％）とする。また、ハーフミラー１３１に対するＰ偏光成分の透過率ＴｐをＴｐ＝１００（１００％）とし、Ｓ偏光成分の透過率ＴｓをＴｓ＝０．７（７０％）とする。

ここで、画像光ＧＬが２枚のハーフミラー１３１を通過するように光学素子１３０に入射する場合を考える。画像光ＧＬが最初に入射するハーフミラー１３１を第１ハーフミラー１３１Ａと称し、第１ハーフミラー１３１Ａを透過した画像光ＧＬが次に入射するハーフミラー１３１を第２ハーフミラー１３１Ｂと称する。第１ハーフミラー１３１Ａで反射して観察者の眼に導かれる画像光ＧＬ１の強度をＩ_Ａとし、第２ハーフミラー１３１Ｂで反射して観察者の眼に導かれる画像光ＧＬ２の強度をＩ_Ｂとする。以下、各ハーフミラー１３１で反射して観察者の眼に導かれる画像光ＧＬを各ハーフミラー１３１からの反射光と称する。

元の画像光ＧＬの強度を１としたとき、第１ハーフミラー１３１Ａからの反射光ＧＬ１の強度Ｉ_Ａは、第１ハーフミラー１３１Ａで反射したＰ偏光成分の強度Ｉｐ１とＳ偏光成分の強度Ｉｓ１との和となり、Ｉ_Ａ＝Ｉｐ１＋Ｉｓ１＝Ｒｐ＋Ｒｓ＝０＋０．３＝０．３と表される。

また、第２ハーフミラー１３１Ｂからの反射光ＧＬ２の強度Ｉ_Ｂは、第１ハーフミラー１３１Ａを透過した後、第２ハーフミラー１３１Ｂで反射したＰ偏光成分の強度Ｉｐ２とＳ偏光成分の強度Ｉｓ２との和となり、Ｉ_Ｂ＝Ｉｐ２＋Ｉｓ２＝Ｔｐ×Ｒｐ＋Ｔｓ×Ｒｓ＝１×０＋０．７×０．３＝０．２１と表される。以上より、隣り合う２つのハーフミラーからの反射光の強度差ｄは、ｄ＝｜Ｉ_Ａ−Ｉ_Ｂ｜＝０．０９となる。

このように、従来の光学素子１３０においては、第１ハーフミラー１３１Ａからの反射光ＧＬ１と第２ハーフミラー１３１Ｂからの反射光ＧＬ２とで強度が異なっている。そのため、従来の光学素子１３０では、射出面１３０ｂにおいて反射光の強度プロファイルに山谷が生じ、縞状のムラが視認される。

これに対し、本実施形態の光学素子３０においては、上述したように、第１ハーフミラー３１Ａと第２ハーフミラー３１Ｂとが交互に配置されている。また、第１ハーフミラー３１Ａにおいて、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が０．３であり、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ１が０．７であり、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１が０であり、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ１が１である。第２ハーフミラー３１Ｂにおいて、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ２が０であり、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ２が１であり、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ２が０．３であり、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ２が０．７である。

図８は、本実施形態の光学素子３０の一つの作用を説明するための図である。
図８に示すように、本実施形態の光学素子３０においても、画像光ＧＬが第１ハーフミラー３１Ａ、第２ハーフミラー３１Ｂの２枚のハーフミラー３１を通過するように光学素子３０に入射する場合を考える。

元の画像光ＧＬの強度を１としたとき、第１ハーフミラー３１Ａからの反射光ＧＬ１の強度Ｉ_Ａは、第１ハーフミラー３１Ａで反射したＰ偏光成分の強度Ｉｐ１とＳ偏光成分の強度Ｉｓ１との和となり、Ｉ_Ａ＝Ｉｐ１＋Ｉｓ１＝Ｒｐ１＋Ｒｓ１＝０＋０．３＝０．３と表される。

また、第２ハーフミラー３１Ｂからの反射光ＧＬ１の強度Ｉ_Ｂは、第１ハーフミラー３１Ａを透過した後、第２ハーフミラー３１Ｂで反射したＰ偏光成分の強度Ｉｐ２とＳ偏光成分の強度Ｉｓ２との和となり、Ｉ_Ｂ＝Ｉｐ２＋Ｉｓ２＝Ｔｐ１×Ｒｐ２＋Ｔｓ１×Ｒｓ２＝１×０．３＋０．７×０＝０．３と表される。

このように、本実施形態の光学素子３０においては、第１ハーフミラー３１Ａからの反射光ＧＬ１の強度と第２ハーフミラー３１Ｂからの反射光ＧＬ２の強度とを等しくすることができる。

図９は、第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１を０．３とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１を０としたときの、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２（横軸）と光強度差ｄ（縦軸）との関係の一例を示すグラフである。図９のグラフにおいて、Ｒｓ２＝０．３の点は、第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとでＳ偏光成分の反射率が等しい従来の光学素子１３０のプロットを示し、このときの光強度差ｄは０．０９である。図９のグラフは、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２が０．３から小さくなる程、光強度差ｄが直線的に小さくなることを示している。

すなわち、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも大きい場合には、Ｒｓ２をＲｓ１よりも小さく設定することにより、第１ハーフミラー３１Ａからの反射光ＧＬ１と第２ハーフミラー３１Ｂからの反射光ＧＬ２との強度差を小さくすることができる。第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１と第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２との差は大きい方が好ましい。

図１０は、第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１を０とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１を０．３としたときの、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２（横軸）と光強度差ｄ（縦軸）との関係の一例を示すグラフである。すなわち、図１０においては、図９における第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１の値とＰ偏光成分の反射率Ｒｐ１の値とを入れ替えている。

図１０のグラフは、図９のグラフと逆の傾きを有しており、Ｒｓ２が０から大きくなる程、光強度差ｄが直線的に小さくなることを示している。図１０のグラフにおいて、Ｒｓ２＝０の点は、第１ハーフミラーおよび第２ハーフミラーのＳ偏光成分の反射率が等しい従来の光学素子の場合を示し、このときの光強度差ｄは０．０９である。これに対し、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも小さい場合、Ｒｓ２をＲｓ１よりも大きく設定することによって、第１ハーフミラー３１Ａからの反射光ＧＬ１と第２ハーフミラー３１Ｂからの反射光ＧＬ２との強度差を小さくすることができる。

すなわち、図９と図１０とを合わせて考えると、複数のハーフミラー３１におけるＳ偏光成分の反射率の大小関係を、Ｓ偏光成分の反射率が平均反射率に対して大、小、大、小、…と交互に並ぶように設定することにより、隣り合う２枚のハーフミラー３１からの反射光の強度差を小さくすることができる。

図１１は、第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１を０．２５とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１を０．０５としたときの、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２（横軸）と光強度差ｄ（縦軸）との関係の一例を示すグラフである。すなわち、図１１においては、図９における第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１の値、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１の値をそれぞれ変えている。

図１１のグラフも、図９のグラフと同様、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２が０．２５から小さくなる程、光強度差ｄが直線的に小さくなることを示している。すなわち、第１ハーフミラー３１ＡのＰ偏光成分の反射率Ｒｐ１が０以外の値を取る場合であっても、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも大きい場合には、Ｒｓ２をＲｓ１よりも小さく設定することにより、第１ハーフミラー３１Ａからの反射光ＧＬ１と第２ハーフミラー３１Ｂからの反射光ＧＬ２との強度差を小さくすることができる。

以上、画像光ＧＬが２枚のハーフミラー３１を通過するように光学素子３０に入射する場合を考えたが、次は、画像光ＧＬがより多くのハーフミラー３１を通過するように光学素子３０に入射する場合を考える。
図１２は、第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１を０．３とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１を０としたときの、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２（横軸）と光強度の標準偏差（縦軸）との関係の一例を示すグラフである。符号Ａのグラフは、隣り合う３枚のハーフミラー３１からの反射光の強度の標準偏差を示す。符号Ｂのグラフは、隣り合う４枚のハーフミラー３１からの反射光の強度の標準偏差を示す。

符号Ａのグラフと符号Ｂのグラフとを図９のグラフと比較すると、グラフの形状は若干異なるものの、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ２と光強度差の大きさとの相関関係は類似している。すなわち、通過するハーフミラー３１の数を増やしても、通過するハーフミラー３１の数が２枚である場合と同様に考えることができる。第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも大きい場合には、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２をＲｓ１よりも小さく設定することにより、複数のハーフミラーからの反射光の強度差を小さくすることができる。

本発明者は、従来の光学素子１３０を用いた際に生じる縞状のムラを観察した。
図１３は、その観察結果である従来の光学素子１３０による表示画像の一例を示す写真である。図１４は、図１３のＡ−Ａ線に沿う各位置の光強度プロファイルを示す図である。

図１３および図１４に示すように、従来の光学素子１３０を用いた場合、小さな縞状の明暗ムラが画像全体に現れており、大きな暗線が画像の左端に現れている。これらの改善策として、画像全体の縞状の明暗ムラを低減する場合には、光学素子の全てのハーフミラーについて、上記の第１ハーフミラー３１Ａと第２ハーフミラー３１Ｂとを交互に配置する構成とすればよい。もしくは、画像左端の暗線のみを低減する場合には、画像左端に対応する光学素子の一部のハーフミラーのみについて、上記の第１ハーフミラー３１Ａと第２ハーフミラー３１Ｂとを交互に配置する構成とすればよい。

（光学素子の第２の作用および効果）
以下、本実施形態の光学素子３０の第２の作用および効果について説明する。
図１５は、従来の光学素子１３０の第２の作用を説明するための図である。
図１５に示すように、従来の光学素子１３０においては、複数のハーフミラー１３１の反射特性は、全てのハーフミラー１３１にわたって同一であった。ハーフミラー１３１に対するＰ偏光成分の反射率ＲｐをＲｐ＝０（０％）とし、Ｓ偏光成分の反射率ＲｓをＲｓ＝０．３（３０％）とする。また、ハーフミラー１３１に対するＰ偏光成分の透過率ＴｐをＴｐ＝１（１００％）とし、Ｓ偏光成分の透過率ＴｓをＴｓ＝０．７（７０％）とする。

ここで、外界光ＥＬが光学素子１３０の入射面１３０ａに垂直に入射する場合を考える。外界光ＥＬが最初に入射するハーフミラー１３１を第１ハーフミラー１３１Ａと称し、第１ハーフミラー１３１Ａで反射した外界光ＥＬが次に入射するハーフミラー１３１を第２ハーフミラー１３１Ｂと称する。第１ハーフミラー１３１Ａを透過して観察者の眼に導かれる透過光ＥＬ１の強度をＩ_Ｃとし、第１ハーフミラー１３１Ａで反射した後に第２ハーフミラー１３１Ｂで再度反射して観察者の眼に導かれる反射光ＥＬ２の強度をＩ_Ｇとする。

元の外界光ＥＬの強度を１としたとき、第１ハーフミラー１３１Ａからの透過光ＥＬ１の強度Ｉ_Ｃは、第１ハーフミラー１３１Ａを透過したＰ偏光成分の強度Ｉｐ１とＳ偏光成分の強度Ｉｓ１との和となり、Ｉ_Ｃ＝Ｉｐ１＋Ｉｓ１＝Ｔｐ＋Ｔｓ＝１＋０．７＝１．７と表される。

これに対し、第２ハーフミラー１３１Ｂからの反射光ＥＬ２の強度Ｉ_Ｇは、第１ハーフミラー１３１Ａで反射した後、第２ハーフミラー１３１Ｂで反射したＰ偏光成分の強度Ｉｐ２とＳ偏光成分の強度Ｉｓ２との和となり、Ｉ_Ｇ＝Ｉｐ２＋Ｉｓ２＝Ｒｐ×Ｒｐ＋Ｒｓ×Ｒｓ＝０×０＋０．３×０．３＝０．０９と表される。この場合、第１ハーフミラー１３１Ａに隣り合う第２ハーフミラー１３１Ｂから反射光が射出されるため、外界像が二重に見える現象（ゴースト）が発生する。
ここで、Ｉ_Ｇ／Ｉ_Ｃの値をゴーストコントラストＣと定義すると、Ｃ＝０．０９／１．７＝０．０５３となる。

これに対し、本実施形態の光学素子３０においては、上述したように、第１ハーフミラー３１Ａと第２ハーフミラー３１Ｂとが交互に配置されている。また、第１ハーフミラー３１Ａにおいて、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が０．３であり、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ１が０．７であり、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１が０であり、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ１が１である。第２ハーフミラー３１Ｂにおいて、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ２が０であり、Ｓ偏光成分の透過率Ｔｓ２が１であり、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ２が０．３であり、Ｐ偏光成分の透過率Ｔｐ２が０．７である。

図１６は、本実施形態の光学素子３０の第２の作用を説明するための図である。
図１６に示すように、元の外界光ＥＬの強度を１としたとき、第１ハーフミラー３１Ａからの透過光ＥＬ１の強度Ｉ_Ｃは、第１ハーフミラー３１Ａを透過したＰ偏光成分の強度Ｉｐ１とＳ偏光成分の強度Ｉｓ１との和となり、Ｉ_Ｃ＝Ｉｐ１＋Ｉｓ１＝Ｔｐ１＋Ｔｓ１＝１＋０．７＝１．７と表される。また、第２ハーフミラー３１Ｂからの反射光の強度Ｉ_Ｇは、第１ハーフミラー３１Ａで反射した後、第２ハーフミラー３１Ｂで反射したＰ偏光成分の強度Ｉｐ２とＳ偏光成分の強度Ｉｓ２との和となり、Ｉ_Ｇ＝Ｉｐ２＋Ｉｓ２＝Ｒｐ１×Ｒｐ２＋Ｒｓ１×Ｒｓ２＝０×０．３＋０．３×０＝０と表される。すなわち、第１ハーフミラー３１Ａで反射した後、第２ハーフミラー３１Ｂで反射されて観察者の眼に導かれる光は存在しない。

このように、本実施形態の光学素子３０においては、一つのハーフミラー３１に入射した外界光ＥＬの一部が反射して、隣り合うハーフミラー３１から射出されることを抑制できるため、外界像のゴーストを見えにくくすることができる。

図１７は、第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１を０．３とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１を０としたときの、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２（横軸）とゴーストコントラスト（縦軸）との関係の一例を示すグラフである。
図１７のグラフにおいて、Ｒｓ２＝０．３の点は、第１ハーフミラーおよび第２ハーフミラーのＳ偏光成分の反射率が等しい従来の光学素子の場合を示し、このときのゴーストコントラストは０．０５３である。また、図１７のグラフは、Ｒｓ２が０．３から小さくなる程、ゴーストコントラストが小さくなる、すなわち、ゴーストが見えにくくなることを示している。

すなわち、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも大きい場合には、Ｒｓ２をＲｓ１よりも小さく設定することにより、ゴーストコントラストを小さくすることができる。第１ハーフミラーのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１と第２ハーフミラーのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２との差は大きい方が好ましい。

図１８は、第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１を０．２５とし、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１を０．５としたときの、第２ハーフミラー３１ＢのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ２（横軸）とゴーストコントラスト（縦軸）との関係の一例を示すグラフである。すなわち、図１８においては、図１７における第１ハーフミラー３１ＡのＳ偏光成分の反射率Ｒｓ１の値、Ｐ偏光成分の反射率Ｒｐ１の値をそれぞれ変えている。

図１８のグラフも、図１７のグラフと同様、Ｒｓ２が０．２５から小さくなる程、ゴーストコントラストが小さくなることを示している。すなわち、第１ハーフミラー３１ＡのＰ偏光成分の反射率Ｒｐ１が０以外の値を取る場合であっても、Ｓ偏光成分の反射率Ｒｓ１が平均反射率Ｒ１よりも大きい場合には、Ｒｓ２をＲｓ１よりも小さく設定することにより、ゴーストを見えにくくすることができる。

本発明者は、ゴーストの発生状況に関するシミュレーションを行った。
図１９は、シミュレーション結果である画像の一例を示す図である。図２０は、図１９のＢ−Ｂ線に沿う各位置の光強度プロファイルを示す図である。図２０において、符号Ｈのグラフは従来の光学素子１３０を用いた場合を示し、符号Ｊのグラフは本実施形態の光学素子３０を用いた場合を示す。

図２０に示す符号ＨのグラフＨおよび符号Ｊのグラフにおいては、図１９に示す画像の３本の明るい線状部分に対応して、３本の大きなピークＰ１が現れている。また、従来の光学素子１３０を用いた場合には、３本の大きなピークＰ１の左側に小さなピークＰ２が現れている。この小さな光強度のピークＰ２が観察者にはゴーストとして見える。これに対し、本実施形態の光学素子３０を用いた場合には、上記の小さなピークＰ２が十分に小さくなっている。このように、本実施形態の光学素子３０によれば、ゴーストを見えにくくすることができる。

（光学素子の第３の作用および効果）
以下、本実施形態の光学素子３０の第３の作用および効果について説明する。
図２１は、本実施形態の光学素子３０の第３の作用を説明するための図である。

従来の光学素子１３０においては、画像光ＧＬに含まれる同一の偏光成分が隣り合うハーフミラー１３１でそれぞれ反射するため、隣り合うハーフミラー１３１で反射した同一の偏光成分同士が回折し、画像の解像度が低下するおそれがある。

この問題に対して、図２１に示すように、本実施形態の光学素子３０において、画像光ＧＬに含まれる同一の偏光成分は、隣り合うハーフミラー３１、すなわち第１ハーフミラー３１Ａと第２ハーフミラー３１Ｂとでは反射せず、一つおきのハーフミラー３１、すなわち第１ハーフミラー３１Ａ、第２ハーフミラー３１Ｂのいずれか一方で反射する。そのため、本実施形態の光学素子３０では、反射光の間隔が従来の光学素子１３０に比べて略２倍となる。その結果、偏光成分同士が回折する際の回折角が略１／２となる。これにより、本実施形態の光学素子３０によれば、画像の解像度低下を抑制することができる。

本実施形態の表示装置１００は、上記の光学素子３０を含む射出部２３を備えているため、表示画像の縞状のムラが視認されることを低減でき、かつ、外界像が二重に見えることを低減できる。また、射出部２３が平行導光体２２の視認側の面に設けられているため、設計が容易な表示装置１００を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、光学素子を構成する全てのハーフミラーにわたって、特定の偏光成分に対する反射特性が互いに異なる第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとが交互に配置された例を示したが、この構成に代えて、例えば光学素子の一部の領域におけるハーフミラーのみを第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとが交互に配置された構成としてもよい。もしくは、第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとが１枚ずつ交互に配置された構成に代えて、第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとが複数枚ずつ交互に配置された構成としてもよいし、第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとがランダムに混在する構成としてもよい。もしくは、光学素子は、所定の偏光成分に対する反射率が第１ハーフミラーとも異なり、第２ハーフミラーとも異なるハーフミラーをさらに備えてもよい。

その他、光学素子および表示装置に構成する各構成要素の数、形状、材料等の各部の具体的な構成については、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。例えば画像形成装置として、上記の有機ＥＬ素子の他、液晶表示素子、レーザー光源とＭＥＭＳスキャナーとの組合せ等を用いてもよい。なお、液晶表示素子やレーザー光源を画像形成装置として用いた場合には、画像形成装置から射出される光が１種類の偏光となることがあるが、この場合にはＰ偏光とＳ偏光とが混合されるような光学配置を取ることができる。例えば、射出側偏光板の透過軸をＰ偏光となる向きとＳ偏光となる向きとの間の角度に配置すると、この角度によって表示素子から射出されるＰ偏光とＳ偏光との強度比を調節することができる。そのため、その強度比の逆数を第１ハーフミラーと第２ハーフミラーとの異なる偏光に対する反射率比に適用すれば、良好な表示画像が得られる。一例として、偏光板透過軸の向きを４５度とすると、Ｐ偏光とＳ偏光の強度比は１：１となるので、第１ハーフミラーのＳ偏光反射率Ｒｓ１と第２ハーフミラーのＰ偏光反射率Ｒｐ２とを１：１するとよい。

１０…画像形成装置、２０…導光装置、２１…入射部、２２…平行導光体（導光体）、２３…射出部、３０…光学素子、３１…ハーフミラー、３１Ａ…第１ハーフミラー、３１Ｂ…第２ハーフミラー、３２…透光性部材、３２ａ…入射面、３２ｂ…射出面、１００…表示装置。

Claims (5)

1. 間隔をおいて互いに平行に設けられ、画像光および外界光の一部を反射させ、前記画像光および前記外界光の他の一部を透過させる複数のハーフミラーと、
   前記複数のハーフミラーの隣り合う２つの前記ハーフミラーの間に介在する透光性部材と、を備え、
   前記透光性部材は、前記画像光および前記外界光を入射させる入射面と、前記画像光および前記外界光を射出させる射出面と、を備え、
   前記複数のハーフミラーの各々は、それぞれ前記入射面および前記射出面に対して傾斜して配置され、
   前記複数のハーフミラーは、前記画像光および前記外界光に含まれる所定の偏光成分に対する反射率が互いに異なる少なくとも一つの第１ハーフミラーと少なくとも一つの第２ハーフミラーとを含むことを特徴とする光学素子。
2. 前記ハーフミラーに対するＳ偏光成分の反射率と前記ハーフミラーに対するＰ偏光成分の反射率との平均値を平均反射率としたとき、
   前記第１ハーフミラーは、前記Ｓ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも高く、かつ、前記Ｐ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも低く、
   前記第２ハーフミラーは、前記Ｓ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも低く、かつ、前記Ｐ偏光成分の反射率が前記平均反射率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記複数のハーフミラーは、複数の前記第１ハーフミラーと複数の前記第２ハーフミラーとを含み、
   前記複数のハーフミラーの配列方向において前記第１ハーフミラーと前記第２ハーフミラーとが交互に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
4. 画像形成装置と、
   前記画像形成装置で生成された画像光を導光する導光装置と、を備え、
   前記導光装置は、前記画像光を入射させる入射部と、前記入射部から入射した前記画像光を導光させる導光体と、前記画像光を射出させる射出部と、を備え、
   前記射出部は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学素子を備えていることを特徴とする表示装置。
5. 前記射出部は、前記導光体の視認側の面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。