JP2018132602A - 虚像光学系および虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角を広くしつつ、光量ムラを抑制することができる虚像光学系および虚像表示装置を提供する。【解決手段】２以上の導光部材を備え、各導光部材は、それぞれ、画像光が入射する面である光線入射部と、光線入射部に対して傾斜し、入射した画像光を反射させる面である反射部と、反射した画像光を、反射を繰り返して導光する導光部と、画像光を導光部材の外部に射出する光線射出部と、導光部により導光された画像光を反射させて光線射出部へ導光させる取り出し部と、を有し、取り出し部は、光線射出部に対して第１の傾きを有する面と、光線射出部に対して第２の傾きを有する面と、が交互に並んで形成され、導光部により導光された画像光を第１の傾きを有する面で反射させて取り出し、各導光部材は、画像表示素子の特定の位置から出射した光線が、導光部内の光線の反射角が各導光部材によって異なるように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、虚像光学系および虚像表示装置に関する。

近年、虚像表示装置として、身近な所ではＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）が普及し始めている。ＨＭＤはシースルーである透過型と、非透過型とに分類され、透過型のＨＭＤとしてよく知られているものとしては、ＧＯＯＧＬＥ ＧＬＡＳＳ（商標登録）等がある。非透過型のＨＭＤに関しても、その没入感から、数多く各社から発売されている。虚像表示装置によって人間が視認できる虚像のサイズに関しては、透過型の場合、情報端末と組み合わせて使用したり、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：拡張現実）と組み合わせて使用したりするため小型で、かつ、携帯性がよいものが求められる傾向がある。一方、非透過型の場合、ゲームまたはＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ：仮想現実）等で使われるため、没入感が得られ、かつ、広視野角が求められる傾向にある。虚像表示装置の共通の特徴としては、本体の大きさを小型化かつ薄肉化に特化したものは狭視野角になる傾向にあり、一方、表示エリアを広視野角にさせると本体の大きさが大型化かつ厚肉化する傾向にあった。近年は、透過型においても、そのユーザニーズから、薄肉化されて、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。

このような要請に沿うための技術として、ライトガイドの一つの側面に微細構造体と、隙間ゾーンとを設け、これらの部分で光線を反射および伝播させることで、効果的に画像を取り出す技術が開示されている（特許文献１参照）。また、対向して延びる全反射部と、傾斜するように延びる複数の第一要素面と、その第一要素面に対して、鈍角をなして延びる複数の第二要素面とを交互して配置してなる導光板を組み合わせた技術が開示されている（特許文献２参照）。また、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面と、入射面とを有する第一ライトガイドと、第二ライトガイドとを重ねた技術が開示されている（特許文献３参照）。

これらの技術では、コリメート光学系を介してライトガイド内に取り込まれた光線は全反射でライトガイド内を伝搬し、画像を取り出す領域に当たった光線は、ライトガイドの外に射出され、一方、画像を伝搬させる領域に当たった光線は、ライトガイド内をさらに奥に伝搬し、画像を取り出す領域とは別の領域からライトガイドの外に射出される。また、広視野角の虚像を得るためにはライトガイド内を伝搬する全反射角を大きくしなければならず、その結果、画像を取り出す領域に当たるまでにライトガイド内で長い伝搬距離を必要とするため、眼の位置によっては眼に画像が入らず、光量ムラの原因となることが問題になっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、視野角を広くしつつ、光量ムラを抑制することができる虚像光学系および虚像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画像表示素子から出射される画像光を導光して虚像を形成するための虚像光学系であって、２以上の導光部材を備え、前記各導光部材は、それぞれ、前記画像光が入射する面である光線入射部と、前記光線入射部に対して傾斜し、該光線入射部から入射した前記画像光を反射させる面である反射部と、前記反射部で反射した前記画像光を、反射を繰り返して導光する導光部と、前記画像光を前記導光部材の外部に射出する光線射出部と、前記導光部により導光された前記画像光を反射させて前記光線射出部へ導光させる取り出し部と、を有し、前記取り出し部は、前記光線射出部に対して第１の傾きを有する面と、該光線射出部に対して第２の傾きを有する面と、が交互に並んで形成され、前記導光部により導光された前記画像光を前記第１の傾きを有する面で反射させて取り出し、前記各導光部材は、前記画像表示素子の特定の位置から出射した光線が、前記光線入射部から入射した後、前記導光部内の前記光線の反射角が該各導光部材によって異なるように配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、視野角を広くしつつ、光量ムラを抑制することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の一例を示す斜視図である。 図３は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の一例を示す正面図である。 図４は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の２つの導光部材の入射部の近傍の拡大図である。 図５は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の一方の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図６は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の他方の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図７は、コリメート光学系の光線の平行化の動作を説明する図である。 図８は、再帰反射部が設けられていない導光部材における光線の発散動作を説明する図である。 図９は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置の導光部材の再帰光の収束動作を説明する図である。 図１０は、再帰反射部での光線の反射動作を説明する図である。 図１１は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置において画像表示素子上の同一位置から出射した画像光の光路を説明する図である。 図１２は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置において左側表示素子から出射した光線の挙動を説明する図である。 図１３は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置において右側表示素子から出射した光線の挙動を説明する図である。 図１４は、第２の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。 図１５は、第２の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材において屈折率の違いによる全反射角の違いを説明する図である。 図１６は、第３の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図１７は、第３の実施の形態に係る虚像光学系が迷光の発生を抑制する動作を説明する図である。 図１８は、第４の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図１９は、第５の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。 図２０は、第５の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図２１は、第６の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。 図２２は、第６の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図２３は、第７の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。 図２４は、第７の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図２５は、第７の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材における光線の光路を説明する図である。 図２６は、第８の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。 図２７は、第８の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。 図２８は、第８の実施の形態に係る虚像表示装置をＨＭＤに適用した例を示す図である。 図２９は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置についての実施例１を説明する図である。 図３０は、第２の実施の形態に係る虚像表示装置についての実施例２を説明する図である。

以下に、図１〜図３０を参照しながら、本発明に係る虚像光学系および虚像表示装置の実施の形態を詳細に説明する。また、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。

（第１の実施の形態）
＜虚像表示装置の全体構成＞
図１は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。図２は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の一例を示す斜視図である。図３は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の一例を示す正面図である。図１〜図３を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１の全体構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る虚像表示装置１は、虚像光学系２と、コリメート光学系３００と、画像表示素子４００と、を有する。

虚像光学系２は、コリメート光学系３００から出射した光線を内部に導光させ、後述する光線射出部１０５、２０５から人間の眼５００に向けて射出させるライトガイドである。虚像光学系２は、導光部材１００（第１導光部材）と、導光部材２００（第２導光部材）と、を有する。

コリメート光学系３００は、複数の光学レンズおよび絞り等から構成され、画像表示素子４００から出射される画像情報を含む光線（以下、単に「画像光」と称する場合がある）を、画像表示素子４００の各位置に応じた方向に角度変換し、かつ、平行化する光学系である。コリメート光学系３００の平行化の動作の詳細は、図７で後述する。

画像表示素子４００は、ライトガイドである虚像光学系２を通じて表示する虚像の基となる画像の画像光を出射するデバイスである。画像表示素子４００として、例えば、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：有機発光ダイオード）または液晶表示装置等の種々の表示素子を適用することができる。なお、画像表示素子４００として、画像等の情報を表示できるものであれば、例えば、多数の微小鏡面（マイクロミラー）を平面に配列したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスであるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、または、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を適用することができる。この場合、画像表示素子４００を照射する光源として、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、または、放電ランプ等を用いることができる。

導光部材１００は、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。以下、導光部材１００の面に関して、ユーザから見て手前側、すなわち、図１において下側の面を「後面」とし、ユーザから見て奥側、すなわち、図１において上側の面を「前面」として説明する。導光部材１００は、光線入射部１０１と、反射部１０２と、導光部１０３と、取り出し部１０４と、光線射出部１０５と、再帰反射部１０６と、を有する。

光線入射部１０１は、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像光が入射する後面側の部位である。反射部１０２は、光線入射部１０１から入射した画像光の光線を反射する部位である。光線入射部１０１および反射部１０２の詳細は、図４で後述する。

導光部１０３は、反射部１０２により反射された光線を全反射させながら導光する部位である。

取り出し部１０４は、導光部１０３により導光され、再帰反射部１０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材１００の外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。光線射出部１０５は、取り出し部１０４により導光部材１００の外側に取り出すために反射された光線を、導光部材１００の外部に射出させる後面側の部位である。取り出し部１０４および光線射出部１０５の詳細は、図５で後述する。

再帰反射部１０６は、図２および図３に示すように、導光部１０３とは反対側の取り出し部１０４の端部に形成され、導光部１０３により導光された光線を反射して進行方向を反転させる部位である。以下、再帰反射部１０６により反射された光を「再帰光」と称する場合がある。これは、後述する再帰反射部２０６についても同様である。再帰反射部１０６の詳細は、図８〜図１０で後述する。

導光部材２００は、導光部材１００と同様に、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材２００は、図１および図２に示すように、導光部材１００の導光部１０３の前面側に、所定のエアギャップを介して、後述する光線射出部２０５が導光部１０３に対向するように配置されている。導光部材２００は、光線入射部２０１と、反射部２０２と、導光部２０３と、取り出し部２０４と、光線射出部２０５と、再帰反射部２０６と、を有する。

光線入射部２０１は、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像光が入射する後面側の部位である。光線入射部２０１に入射する画像光は、図１１で後述するように、導光部材１００の導光部１０３を透過した光である。反射部２０２は、光線入射部２０１から入射した画像光の光線を反射する部位である。光線入射部２０１および反射部２０２の詳細は、図４で後述する。

導光部２０３は、反射部２０２により反射された光線を全反射させながら導光する部位である。

取り出し部２０４は、導光部２０３により導光され、再帰反射部２０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材２００の外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。光線射出部２０５は、取り出し部２０４により導光部材２００の外側に取り出すために反射された光線を、導光部材２００の外部に射出させる後面側の部位である。取り出し部２０４および光線射出部２０５の詳細は、図６で後述する。

再帰反射部２０６は、図２および図３に示すように、導光部２０３とは反対側の取り出し部２０４の端部に形成され、導光部２０３により導光された光線を反射して進行方向を反転させる部位である。再帰反射部２０６の詳細は、図８〜図１０で後述する。

＜光線入射部および反射部について＞
図４は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の２つの導光部材の入射部の近傍の拡大図である。図４を参照しながら、導光部材１００の光線入射部１０１および反射部１０２、ならびに、導光部材２００の光線入射部２０１および反射部２０２について説明する。

図４に示すように、導光部材１００の反射部１０２は、導光部材１００の後面側の部位である光線入射部１０１に対して、所定の角度θ１の面となるように形成されている。また、導光部材２００の反射部２０２は、導光部材２００の後面側の部位である光線入射部２０１に対して、所定の角度θ２の面となるように形成されている。

また、画像表示素子４００からの画像光を効率的に導光部材１００および導光部材２００に入射させるために、図４に示すように、光線入射部１０１と光線入射部２０１とは（すなわち、導光部材１００の先端部と、導光部材２００の先端部とは）、導光部材１００（または導光部材２００）の導光方向にずれて配置されている。これによって、画像光は、図４に示すように、光線入射部１０１に入射すると共に、導光部材１００の導光部１０３を透過して、光線入射部２０１に入射することができる。

また、反射部１０２および反射部２０２は、反射コートが施されている。これによって、光線入射部１０１から入射した画像光は、反射部１０２により反射され、光線入射部２０１から入射した画像光は、反射部２０２により反射される。ここで、反射部１０２および反射部２０２に施される反射コートとしては、例えば、アルミニウム、銀、または誘電体コート等の反射率が高いミラーコートを適用することが望ましい。

また、上述した光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１、および、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角度θ２は、θ１＜θ２の関係となっている。これによって、光線入射部１０１および光線入射部２０１に、同一の入射角で画像光が入射した場合、画像光は、それぞれ反射部１０２および反射部２０２で反射された後、導光部１０３および導光部２０３を異なる全反射角で反射を繰り返しながら導光することになる。このように、全反射角が異なるθ１＜θ２の関係となるようにすると、導光部材１００および導光部材２００を同一の材料で成型することが可能となる。このように、θ１＜θ２の関係とすることによる導光部材１００および導光部材２００の機能については、図１２および図１３で後述する。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図５は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の一方の導光部材の取り出し部の拡大図である。図６は、第１の実施の形態に係る虚像光学系の他方の導光部材の取り出し部の拡大図である。図５および図６を参照しながら、導光部材１００の取り出し部１０４および光線射出部１０５、ならびに、導光部材２００の取り出し部２０４および光線射出部２０５について説明する。

図５に示すように、導光部材１００の取り出し部１０４は、光線射出部１０５の面（後面）に対して所定の角度θ１に傾斜した第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面１０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に平行な第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が交互に並んで形成されている。第１面１０７ａおよび第２面１０７ｂは、取り出し部１０４において、それぞれ少なくとも１以上が形成されている。したがって、図５に示すように、導光部材１００の取り出し部１０４および光線射出部１０５に対応する部分は、導光部１０３から再帰反射部１０６へ向かうにしたがって、肉厚となる構造となっている。なお、第２面１０７ｂは、必ずしも、光線射出部１０５の面に平行である必要はない。

第１面１０７ａは、導光部材１００の内部に入射して導光され、再帰反射部１０６により反射された再帰光を、光線射出部１０５に向かう方向に反射することによって、光線射出部１０５から射出させる機能を担う平面である。第１面１０７ａの光線射出部１０５に対する傾斜角は、上述した光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と同一であり、例えば、２０度〜３５度の範囲に設定することが好ましい。このように、第１面１０７ａの傾斜角を、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と同一とすることによって、コリメート光学系３００の配置の調整等が容易となる。

また、第１面１０７ａには、反射率が１０％以上の反射コートが施されている。これによって、画像光を効率よくユーザの眼５００の方向に光線射出部１０５から射出させることができ、輝度の高い虚像を形成することが可能となる。また、この反射コートの反射率が１０％に近い場合、虚像の視認と、外界の観察とを同時に行うことができるので、シースルー性が良好な虚像表示装置１を得ることができる。

第２面１０７ｂは、導光部材１００の内部に入射して、導光部１０３で導光された画像光を、さらに再帰反射部１０６へ向かう方向に導光させるための反射面としての機能を担う面である。また、第２面１０７ｂは、光線射出部１０５の面（後面）と平行な平面となっている。これによって、導光部材１００の前面および後面からの外部の光を透過させる透過面として機能するので、シースルー性が確保される。

ここで、仮に、第２面１０７ｂを光線射出部１０５に対して傾斜させた場合、導光部１０３で導光された画像光が、第２面１０７ｂで反射される反射角と、光線射出部１０５で反射される反射角とが一致せず、変化することになる。この場合、光線入射部１０１に入射する光線と光線入射部１０１の面の法線とのなす角で定義される入射角と、光線射出部１０５から射出される光線と光線射出部１０５の面の法線とのなす角で定義される射出角とが、同一の角度とならない。したがって、第１面１０７ａで反射され、光線射出部１０５から射出された画像光は、光線入射部１０１の入射角と異なる方向に射出されることになり、思わしくない虚像が形成されてしまう。したがって、上述のように、本実施の形態では、第２面１０７ｂは、光線射出部１０５の面と平行となるように形成されている。

また、取り出し部１０４に形成された複数の第１面１０７ａの間隔は、図２および図３に示すように、導光部１０３から再帰反射部１０６へ向かう方向に密から粗となるように形成されている。第１面１０７ａによる反射対象となる光線は、上述のように再帰反射部１０６で反射された再帰光であるので、再帰反射部１０６で反射されたばかりの再帰光は、まだ、第１面１０７ａにより反射されておらず、再帰反射部１０６近傍の再帰光の光量は大きい。したがって、再帰反射部１０６近傍の第１面１０７ａでは、再帰光の光線が反射される確率が高い。一方、再帰反射部１０６から離れた、すなわち、導光部１０３に近い第１面１０７ａでは、再帰反射部１０６に反射された再帰光のうち多くは、再帰反射部１０６近傍の第１面１０７ａによって反射され光線射出部１０５から射出されているので、再帰反射部１０６から離れた場所の再帰光の光量は小さい。したがって、再帰反射部１０６から離れた第１面１０７ａでは、再帰光の光線が反射される確率が、再帰反射部１０６近傍の第１面１０７ａよりも低い。よって、上述のように、第１面１０７ａの間隔を、導光部１０３から再帰反射部１０６へ向かう方向に密から粗となるように形成することによって、再帰光がバランスよく第１面１０７ａによって反射され、光線射出部１０５から射出されるので、光量ムラの少ない虚像を形成することができる。

なお、上述のように、第１面１０７ａの間隔を、導光部１０３から再帰反射部１０６へ向かう方向に密から粗となるように形成するものとしたが、これに限定されるものではなく、複数の第１面１０７ａの間隔のうち、少なくとも１つの間隔が異なる長さであるものとしてもよい。すなわち、導光部１０３で導光される画像光の性質によって、第１面１０７ａのそれぞれの間隔を設定することによって、光量ムラの少ない虚像を形成することができる。

図６に示すように、導光部材２００の取り出し部２０４は、光線射出部２０５の面（後面）に対して所定の角度θ２に傾斜した第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面２０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に平行な第２面２０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が交互に並んで形成されている。第１面２０７ａおよび第２面２０７ｂは、取り出し部２０４において、それぞれ少なくとも１以上が形成されている。したがって、図６に示すように、導光部材２００の取り出し部２０４および光線射出部２０５に対応する部分は、導光部２０３から再帰反射部２０６へ向かうにしたがって、肉厚となる構造となっている。なお、第２面１０７ｂは、必ずしも、光線射出部１０５の面に平行である必要はない。

第１面２０７ａは、導光部材２００の内部に入射して導光され、再帰反射部２０６により反射された再帰光を、光線射出部２０５に向かう方向に反射することによって、光線射出部２０５から射出させる機能を担う平面である。第１面２０７ａの光線射出部２０５に対する傾斜角は、上述した光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角度θ２と同一であり、例えば、２０度〜３５度の範囲に設定することが好ましい。このように、第１面２０７ａの傾斜角を、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角度θ２と同一とすることによって、コリメート光学系３００の配置の調整等が容易となる。

また、第１面２０７ａには、取り出し部１０４の第１面１０７ａと同様の反射コートが施されている。また、取り出し部２０４に形成された複数の第１面２０７ａの間隔は、第１面１０７ａと同様に、導光部２０３から再帰反射部２０６へ向かう方向に密から粗となるように形成されている。なお、第１面２０７ａの間隔を、導光部２０３から再帰反射部２０６へ向かう方向に密から粗となるように形成することに限定されるものではなく、複数の第１面２０７ａの間隔のうち、少なくとも１つの間隔が異なる長さであるものとしてもよい。

第２面２０７ｂは、導光部材２００の内部に入射して、導光部２０３を導光された画像光を、さらに再帰反射部２０６へ向かう方向に導光させるための反射面としての機能を担う面である。また、第２面２０７ｂは、光線射出部２０５の面（後面）と平行な平面となっている。これによって、導光部材２００の前面および後面からの外部の光を透過させる透過面として機能するので、シースルー性が確保される。

また、図５および図６に示すように、導光部材１００および導光部材２００は、導光部１０３と導光部２０３とがエアギャップ３を介して近接するように配置されている。これによって、虚像光学系２全体の厚みを薄くすることができる。この場合、導光部材１００および導光部材２００は、周縁部分で接着剤または治具により固定されることによってエアギャップ３が形成される。接着剤によって固定される場合、マイクロボール型の接着剤によって固定されエアギャップ３が形成される。エアギャップ３の大きさは、０．１［ｍｍ］〜０．５［ｍｍ］程度が好ましい。ここで、エアギャップ３が大きくなると、光線入射部１０１と光線入射部２０１との間隔も大きくなるため、コリメート光学系３００からの画像光を効率的に入射させることが困難になる。なお、導光部１０３と導光部２０３との間にエアギャップ３を形成するものとしたが、必ずしもエアギャップ３を形成する必要はない。エアギャップ３を形成しない場合、すなわち、導光部１０３と導光部２０３とを密着させる場合、例えば、反射透過層を介して密着させるものとしてもよい。

また、導光部１０３と導光部２０３との間にエアギャップ３を形成することによって、図６に示すように、導光部１０３と光線射出部２０５との間にエアギャップ３が形成されて、導光部１０３および光線射出部２０５は近接して配置されることになる。これによって、光線射出部２０５から射出された光線が射出角を保持したまま眼５００の方向に射出されることが可能となる。ここで、仮に、導光部１０３が、光線射出部２０５と近接して配置されない場合、光線射出部２０５から射出された光線の一部が、例えば、導光部材１００の取り出し部１０４の前面側における第１面１０７ａで反射されて迷光となってしまう。

＜コリメート光学系の動作＞
図７は、コリメート光学系の光線の平行化の動作を説明する図である。図７を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１のコリメート光学系３００の動作について説明する。なお、図７においては、コリメート光学系３００の動作を簡潔に説明するため、コリメート光学系３００を模式的に図示している。

図７に示すように、画像表示素子４００における各素子からは、少なくとも所定の角度範囲のあらゆる方向に向かって、すなわち、拡散して画像光が出射する。例えば、画像表示素子４００の中央付近の素子から出射した画像光は、図７に示すように、紙面視の下から上に向かって拡散しながらコリメート光学系３００に入射する。コリメート光学系３００に入射した画像光は、コリメート光学系３００によって角度変換され、かつ、平行化されて、紙面視の下から上に向かう平行光として出射する。

また、画像表示素子４００のうち、図７の紙面視左側半分の部分を左側表示素子４００ａと称するものとすると、左側表示素子４００ａにおける特定の素子から出射した画像光は、図７に示すように、拡散しながらコリメート光学系３００に入射する。コリメート光学系３００に入射した画像光は、コリメート光学系３００によって角度変換され、かつ、平行化されて、紙面視の左下から右上に向かう平行光として出射する。

また、画像表示素子４００のうち、図７の紙面視右側半分の部分を右側表示素子４００ｂと称するものとすると、右側表示素子４００ｂにおける特定の素子から出射した画像光は、図７に示すように、拡散しながらコリメート光学系３００に入射する。コリメート光学系３００に入射した画像光は、コリメート光学系３００によって角度変換され、かつ、平行化されて、紙面視の右下から左上に向かう平行光として出射する。

以上のように、画像表示素子４００のそれぞれの素子から出射した画像光は、コリメート光学系３００によって、その素子の位置に応じた方向に角度変換され、かつ、平行化されて、光線入射部１０１および光線入射部２０１に入射する。

＜再帰反射部について＞
図８は、再帰反射部が設けられていない導光部材における光線の発散動作を説明する図である。図９は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置の導光部材の再帰光の収束動作を説明する図である。図１０は、再帰反射部での光線の反射動作を説明する図である。図８〜図１０を参照しながら、導光部材１００の再帰反射部１０６、および、導光部材２００の再帰反射部２０６について説明する。

図９に示すように、再帰反射部１０６は、導光部１０３とは反対側の取り出し部１０４の端部に形成された部位であり、導光部材１００の一の側面に対して角度θｓで傾斜する第１傾斜面１０６ａと、第１傾斜面１０６ａに対して角度θｐで傾斜する第２傾斜面１０６ｂと、が連続して形成された部位である。すなわち、再帰反射部１０６は、導光部１０３とは反対側の取り出し部１０４の端部に、複数の屋根形の形状物（全反射面）が連続して形成された部位である。第１傾斜面１０６ａおよび第２傾斜面１０６ｂは、互いに略等しい形状および面積を有する平面である。

また、導光部材１００の側面と第１傾斜面１０６ａとのなす角度θｓは、１３５度であり、第１傾斜面１０６ａと第２傾斜面１０６ｂとのなす角度θｐは、９０度となるように形成されている。したがって、再帰反射部１０６は、頂角が９０度である屋根形の複数の形状物で構成されている。

再帰反射部１０６に到達した画像光を良好に反射させるために、第１傾斜面１０６ａおよび第２傾斜面１０６ｂには、反射率の高い反射コートを施すことが好ましい。また、この反射コートの反射率は、７０％以上であることが望ましい。

なお、導光部材２００に形成された再帰反射部２０６の構成も、上述した再帰反射部１０６の構成と同様である。

次に、導光部材内で導光される画像光の進行状態の詳細について、図８〜図１０を参照しながら説明する。図８は、再帰反射部１０６が設けられていない参考例としての導光部材に画像光が入射されている状態を示している。この参考例としての導光部材は、再帰反射部１０６を有しない点、および、取り出し部１０４の第１面１０７ａが逆向き、すなわち、光線入射部１０１と対向する向きに形成されている点で、上述の本実施の形態の導光部材１００の構成とは異なっている。

画像表示素子４００から出射された画像光は、コリメート光学系３００を通過することにより平行光とされた状態で、図８に示すように、導光部材の光線入射部１０１から入射して、導光部材内を進行する。光線入射部１０１から入射した画像光は、導光部材内を全反射することにより、図８に示すように、発散光となって導光部材内を進行する。この画像光の発散の度合いは、導光部材内を進行した光になるほど顕著になる。したがって、導光部材内を進行する画像光は、垂直視野方向に広がって進行する。

図８に示す導光部材では、取り出し部１０４の第１面１０７ａから画像光を取り出そうとすると、発散光のまま取り出すことになるので、光線射出部１０５から射出されユーザの眼に入ってゆく画像光は、垂直視野方向に発散するものとなる。このため、発散角度の大きい画像周辺部等の画像光がユーザの眼に入らず、観察される虚像が欠けることになる。

次に、本実施の形態の導光部材１００内で画像光が導光される状態を図９および図１０に示す。ここで、図９は、導光部材１００の前面側（正面）から表した図であり、図１０は、再帰反射部１０６における画像光の反射動作を説明するために再帰反射部１０６を拡大して示した図である。また、図９および図１０では、説明を簡潔にするため、画像表示素子４００から出射された１本の光線６００のみを抽出して示している。

画像表示素子４００から出射された画像光は、コリメート光学系３００を通過して平行光とされた状態で、図９に示すように、導光部材１００の光線入射部１０１から入射して導光部材１００内を進行する。導光部材１００の光線入射部１０１から入射した画像光（光線６００）は、導光部材１００内を全反射することにより、発散光となって導光部材１００内を進行する。すなわち、光線入射部１０１から入射した画像光は、再帰反射部１０６に達するまでは、図８で上述した例と同様に、発散光として導光部材１００内を進行する。

そして、導光部材１００内を進行する画像光は、再帰反射部１０６で反射することにより、進行方向すなわち導光する方向が反転する。ここで、画像光（光線６００）は、図１０に示すように、再帰反射部１０６を構成する第１傾斜面１０６ａおよび第２傾斜面１０６ｂの両面で反射して、前面側から見た入射光と反射光（再帰光）が平行になると共に、収束光となって導光部材１００内を、反射前とは逆方向に進行する。さらに、再帰光は、取り出し部１０４の第１面１０７ａで反射して、収束光として光線射出部１０５から射出され、ユーザの眼５００の方向に導かれる。このように、本実施の形態の導光部材１００によれば、画像光が収束光として射出され、ユーザの眼５００に導かれるので、広角でも虚像が欠けずに良好に観察することができる。

＜画像光の光路について＞
図１１は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置において画像表示素子上の同一位置から出射した画像光の光路を説明する図である。図１２は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置において左側表示素子から出射した光線の挙動を説明する図である。図１３は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置において右側表示素子から出射した光線の挙動を説明する図である。図１１〜図１３を参照しながら、本実施の形態の虚像光学系２の画像光の光路について説明する。

図１１に示すように、画像表示素子４００のある位置の素子から出射した画像光は、コリメート光学系３００により平行光に変換され、導光部材１００の光線入射部１０１、および、導光部材２００の光線入射部２０１に入射する。光線入射部１０１および光線入射部２０１に入射した画像光は、それぞれ反射部１０２および反射部２０２で反射され、導光部１０３および導光部２０３を、異なる反射角（全反射角）で導光される。ここで、導光部１０３、２０３における反射角（全反射角）とは、導光される光線と、光線射出部１０５、２０５の面の法線とのなす角である。導光部１０３により導光された画像光は、再帰反射部１０６で反射されて再帰光となり、取り出し部１０４により取り出され、光線射出部１０５から外部に射出される。また、導光部２０３により導光された画像光は、再帰反射部２０６で反射されて再帰光となり、取り出し部２０４により取り出され、光線射出部２０５から外部に射出される。

このとき、図４および図５で上述したように、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度と、取り出し部１０４の第１面１０７ａの光線射出部１０５に対する傾斜角とは、共に角度θ１であるため、図１１に示すように、光線入射部１０１へ入射する画像光の入射角と、光線射出部１０５から射出される画像光の射出角とは等しい。一方、図４および図６で上述したように、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角度と、取り出し部２０４の第１面２０７ａの光線射出部２０５に対する傾斜角とは、共に角度θ２であるため、図１１に示すように、光線入射部２０１へ入射する画像光の入射角と、光線射出部２０５から射出される画像光の射出角とは等しい。また、光線入射部１０１および光線入射部２０１へそれぞれ入射する画像光は、コリメート光学系３００により平行光となっているので、図１１に示すように、光線入射部１０１へ入射する画像光の入射角と、光線入射部２０１へ入射する画像光の入射角とは等しい。したがって、光線射出部１０５から射出される画像光の射出角と、光線射出部２０５から射出される画像光の射出角とは等しくなる。

また、一般に、導光部１０３、２０３で導光される画像光の全反射角を小さく設定することが望ましい。これによって、取り出し部１０４の第１面１０７ａ、および、取り出し部２０４の第１面２０７ａで反射される確率が高くなり効率的に画像光を取り出すことができるため、光量ムラの少ない虚像を得ることができる。

また、画像光を導光してユーザの眼に到達することができる光線は、導光部１０３、２０３を全反射により導光される光線のみである。すなわち、得られる虚像の視野角は、導光部材１００、２００の材料特性で決定されることになる。ここで、導光部材１００と導光部材２００とで、虚像の形成を分担し、各虚像の分担範囲で、各々の全反射条件を満たすように設定することによって、広視野角の虚像を形成することが可能となる。このように、導光部材１００と導光部材２００とで、虚像の形成を分担するために、上述したように、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１（取り出し部１０４の第１面１０７ａの光線射出部１０５に対する傾斜角）を、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角度θ２（取り出し部２０４の第１面２０７ａの光線射出部２０５に対する傾斜角）よりも小さくしている。これによって、同一の入射角で光線入射部１０１、２０１に入射した画像光について、導光部２０３で導光される光線の反射角は、導光部１０３で導光される光線の反射角よりも大きくなる。ここで、光線入射部１０１、２０１への入射角、および、光線射出部１０５、２０５からの射出角について、光線入射部１０１、２０１の面、および光線射出部１０５、２０５の面の法線に対して、右側に振れる角度を正の角度とし、左側に振れる角度を負の角度とする。

この場合、導光部材１００については、θ１＜θ２なので、光線入射部１０１への画像光の入射角が光線入射部１０１の面の法線に対して右に振れ過ぎると、導光部１０３での画像光の反射角が小さくなって臨界角よりも小さくなり、全反射せず画像光の一部が外部に逃げてしまう。そこで、例えば、入射角が法線に対して左側に振れた角度、すなわち、負の角度とすることによって、導光部１０３で全反射する程度の大きさの反射角とすることができる。すなわち、導光部材１００は、画像表示素子４００の左側表示素子４００ａから出射した画像光を導光させて、虚像を形成することに適している。図１２は、左側表示素子４００ａから出射した画像光が、導光部材１００により導光されて射出され、眼５００において紙面視左側の網膜に結像している状態を示している。

一方、導光部材２００については、θ１＜θ２なので、光線入射部２０１への画像光の入射角が光線入射部２０１の面の法線に対して左側に振れ過ぎると、導光部２０３での全反射角が大きくなり、取り出し部２０４で画像光を取り出しにくくなる。そこで、例えば、入射角が法線に対して右側に振れた角度、すなわち、正の角度とすることによって、導光部２０３での全反射角を小さくすることができ、取り出し部２０４で効率的に画像光を取り出すことができる。すなわち、導光部材２００は、画像表示素子４００の右側表示素子４００ｂから出射した画像光を導光させて、虚像を形成することに適している。図１３は、右側表示素子４００ｂから出射した画像光が、導光部材２００により導光されて射出され、眼５００において紙面視右側の網膜に結像している状態を示している。

以上のことから、θ１＜θ２とすることによって、画像表示素子４００の左側表示素子４００ａから出射される画像光は、導光部材１００によって虚像として形成され、右側表示素子４００ｂから出射される画像光は、導光部材２００によって虚像として形成される。これによって、広視野角の虚像を形成することが可能となり、光利用効率を向上させ、光量ムラの少ない虚像を得ることができる。

なお、上述のように、厳密に画像表示素子４００の左側半分（左側表示素子４００ａ）を導光部材１００に対して、右側半分（右側表示素子４００ｂ）を導光部材２００に対して、虚像の形成を分担させる必要はない。すなわち、導光部材１００、２００のそれぞれの大きさおよび材料特性等に応じて、画像表示素子４００から出射される画像光のうち少なくとも一部を導光部材１００に分担し、残りを導光部材２００に分担させるものとしてもよい。

以上のように、本実施の形態に係る虚像表示装置１では、導光部材１００、２００を、θ１＜θ２となるように構成することによって、導光部１０３、２０３での全反射角をそれぞれ異なるようにしている。これによって、導光部材１００と導光部材２００とで、画像表示素子４００から出射される画像光に対応する虚像の形成を分担することができるので、広視野角の虚像を形成することが可能となり、光利用効率を向上させ、光量ムラの少ない虚像を得ることができる。

また、取り出し部１０４に形成された複数の第１面１０７ａの間隔、および、取り出し部２０４に形成された複数の第１面２０７ａの間隔を、それぞれ導光部１０３、２０３から再帰反射部１０６、２０６へ向かう方向に密から粗となるように形成している。これによって、再帰光がバランスよく第１面１０７ａ、２０７ａによってそれぞれ反射され、光線射出部１０５、２０５から射出されるので、光量ムラの少ない虚像を形成することができる。

なお、図１等に示すように、虚像光学系２は、導光部材１００および導光部材２００の２つの導光部材で構成されるものとしたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の導光部材によって構成されるものとしてもよい。この場合、それぞれの導光部材において、光線入射部と反射部とのなす角度をそれぞれ異なるものとし、画像表示素子４００から出射される画像光について虚像の形成の役割を分担させるようにすればよい。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る虚像表示装置について、第１の実施の形態に係る虚像表示装置１と相違する点を中心に説明する。第１の実施の形態では、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角度θ２とを異なるもの（θ１＜θ２）とした場合の動作について説明した。本実施の形態では、２つの導光部材の屈折率を異ならせることによって、導光される画像光の反射角を異ならせる構成について説明する。

＜虚像表示装置の全体構成＞
図１４は、第２の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。図１４を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１ａの全体構成について説明する。

図１４に示すように、本実施の形態に係る虚像表示装置１ａは、虚像光学系２ａと、コリメート光学系３００と、画像表示素子４００と、を有する。

虚像光学系２ａは、コリメート光学系３００から出射した光線を内部に導光させ、後述する光線射出部１０５、２０５から人間の眼５００に向けて射出させるライトガイドである。虚像光学系２ａは、導光部材１００と、導光部材２００ａと、を有する。

なお、コリメート光学系３００、画像表示素子４００、および導光部材１００の構成および動作は、上述の第１の実施の形態と同様である。

導光部材２００ａは、導光部材１００と同様に、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材２００ａは、導光部材１００の導光部１０３の前面側に、所定のエアギャップを介して、後述する光線射出部２０５が導光部１０３に対向するように配置されている。導光部材１００の屈折率をｎ１とした場合、導光部材２００ａは、屈折率ｎ１よりも大きい屈折率ｎ２である部材によって構成されている。導光部材２００ａは、光線入射部２０１と、反射部２０２ａと、導光部２０３と、取り出し部２０４ａと、光線射出部２０５と、再帰反射部２０６と、を有する。

光線入射部２０１は、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像光が入射する後面側の部位である。光線入射部２０１に入射する画像光は、導光部材１００の導光部１０３を透過した光である。反射部２０２ａは、光線入射部２０１から入射した画像光の光線を反射する部位である。本実施の形態では、光線入射部２０１と反射部２０２ａとがなす角度は、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と同一であるものとして説明する。

導光部２０３は、反射部２０２ａにより反射された光線を全反射させながら導光する部位である。

取り出し部２０４ａは、導光部２０３により導光され、再帰反射部２０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材２００ａの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。光線射出部２０５は、取り出し部２０４ａにより導光部材２００ａの外側に取り出すために反射された光線を、導光部材２００ａの外部に射出させる後面側の部位である。本実施の形態では、取り出し部２０４ａの第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）の光線射出部２０５に対する傾斜角は、上述した光線入射部２０１と反射部２０２ａとがなす角度θ１と同一である。

再帰反射部２０６は、導光部２０３とは反対側の取り出し部２０４ａの端部に形成され、導光部２０３により導光された光線を反射して進行方向を反転させる部位である。

＜画像光の光路について＞
図１５は、第２の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材において屈折率の違いによる全反射角の違いを説明する図である。図１５を参照しながら、本実施の形態の虚像光学系２ａの画像光の光路について説明する。

図１５に示すように、屈折率ｎ２の導光部材２００ａにおいて、画像光の光線６０１は、光線入射部２０１に入射し、屈折率ｎ２に基づく屈折により光線６０２に屈折されて、反射部２０２ａへ向かう。光線６０２は、光線入射部２０１となす角が角度θ１である反射部２０２ａによって反射された後、光線６０３となって導光部２０３で導光される。

次に、導光部材２００ａが屈折率ｎ２ではなく、導光部材１００の屈折率と同一の屈折率ｎ１（＜ｎ２）の部材で構成されているものと仮定する。この場合、画像光の光線６０１は、光線入射部２０１へ入射し、屈折率ｎ２に基づく屈折効果よりも小さい屈折率ｎ１に基づく屈折により光線６１１に屈折されて、反射部２０２ａへ向かう。光線６１１は、反射部２０２ａによって反射された後、光線６１２となって導光部２０３で導光されるが、図１５に示すように、光線６０３より小さい反射角によって導光される。

そして、光線６０１が第１の実施の形態の導光部材２００に入射した場合を考える。すなわち、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角は角度θ２（＞θ１）である。そして、導光部材２００の屈折率をｎ１とする。この場合、画像光の光線６０１は、屈折率ｎ１に基づく屈折により光線６１１に屈折されて、反射部２０２へ向かう。光線６１１は、光線入射部２０１となす角が角度θ２である反射部２０２によって反射された後、光線６１３となって導光部２０３で導光される。図１５においては説明を簡潔にするために、光線６１３と光線６０３とが重なるものとしている。すなわち、光線６１３は、上述の光線６０３と同様の反射角によって導光部２０３で導光される。つまり、本実施の形態における屈折率がｎ２（＞ｎ１）の部材で構成され、かつ、光線入射部２０１と反射部２０２とがなす角を、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と同一とする導光部材２００ａは、入射する画像光の光線６０１に対して、第１の実施の形態の導光部材２００と同様の効果を与える。

以上のように、本実施の形態に係る虚像表示装置１ａでは、導光部材１００、２００ａを、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角と、光線入射部２０１と反射部２０２ａとがなす角とを同一とし、導光部材１００、２００ａの屈折率がｎ１＜ｎ２となるように構成することによって、導光部１０３、２０３での全反射角をそれぞれ異なるようにしている。これによって、導光部材１００と導光部材２００ａとで、画像表示素子４００から出射される画像光に対応する虚像の形成を分担することができ、広視野角の虚像を形成することが可能となり、光利用効率を向上させ、光量ムラの少ない虚像を得ることができる。

なお、本実施の形態のように、導光部材１００、２００ａの屈折率を異ならせる（ｎ１＜ｎ２）場合、必ずしも、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角と、光線入射部２０１と反射部２０２ａとがなす角とを同一とする必要はなく、導光部材１００、２００ａのそれぞれの大きさおよび材料特性等に応じた角度としてもよい。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る虚像表示装置について、第１の実施の形態に係る虚像表示装置１と相違する点を中心に説明する。第１の実施の形態では、取り出し部１０４（２０４）が、光線射出部１０５（２０５）の面に対して所定の角度に傾斜した第１面１０７ａ（２０７ａ）と、第１面１０７ａ（２０７ａ）に対して導光方向に連続し、光線射出部１０５（２０５）の面に平行な第２面１０７ｂ（２０７ｂ）とが、交互に並んで形成される構成について説明した。本実施の形態では、取り出し部が、第１面１０７ａ（２０７ａ）および第２面１０７ｂ（２０７ｂ）の他、第３面を有する構成について説明する。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図１６は、第３の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。図１７は、第３の実施の形態に係る虚像光学系が迷光の発生を抑制する動作を説明する図である。図１６および図１７を参照しながら、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材１００ｂの取り出し部１０４ｂおよび光線射出部１０５、ならびに、導光部材２００ｂの取り出し部２０４ｂおよび光線射出部２０５について説明する。

図１６に示すように、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材１００ｂ（第１導光部材）の取り出し部１０４ｂは、光線射出部１０５の面（後面）に対して、所定の角度（例えば、上述の角度θ１）に傾斜した第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面１０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に対して第１面１０７ａとは逆に傾斜した第３面１０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、第３面１０７ｃに連続し、光線射出部１０５の面に平行な第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。図１６に示すように、導光部材１００ｂの取り出し部１０４ｂおよび光線射出部１０５に対応する部分は、導光部１０３から再帰反射部１０６へ向かうにしたがって、肉厚となる構造となっている。なお、第１面１０７ａおよび第２面１０７ｂの構成および機能は、上述の第１の実施の形態で説明した通りである。

第３面１０７ｃは、透過面となっており、第２面１０７ｂで反射して伝搬する光線のうち、迷光となり得る光線を射出するための機能を有する平面である。

また、第３面１０７ｃは、上述のように、光線射出部１０５の面に対して第１面１０７ａとは逆に傾斜しているので、第１の実施の形態における第１面１０７ａと比較して、面積を広く取ることができる。したがって、再帰反射部１０６からの再帰光が第１面１０７ａで反射される確率を、第１の実施の形態と比較して向上させることができるので、輝度の高い虚像を形成することができる。

また、上述のように、第３面１０７ｃを有することにより、第１の実施の形態における第１面１０７ａと比較して、面積を広く取ることができるため、迷光の発生を抑制することができる。具体的には、例えば、図１７に示すように、第３面１０７ｃが形成されていないものとし、第２面１０７ｂが点線で示される部分まで延設されているものとすると、再帰光である光線６２１は、点線で示される第２面１０７ｂで反射して光線６２３となり、この光線６２３が、第１面１０７ａで反射されると迷光となってしまう。しかし、本実施の形態のように、第３面１０７ｃを設け、第１面１０７ａの面積を広く取るようにすると、上述の再帰光の光線６２１は、第２面１０７ｂではなく、第１面１０７ａで反射して光線６２２となり、光線射出部１０５から射出することができる。このようにして、迷光の発生を抑制することができる。

ここで、第３面１０７ｃの光線射出部１０５に対する角度は０度よりも大きく、かつ、９０度以下の範囲とされる。角度が０度になると、第３面１０７ｃは、第２面１０７ｂと同一面、すなわち、第２面１０７ｂの一部になるため、上述の第１の実施の形態と同じ構成になる。また、この角度は、生産性を考慮すると４５度〜９０度の範囲とすることが望ましい。

図１６に示すように、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材２００ｂ（第２導光部材）の取り出し部２０４ｂは、光線射出部２０５の面（後面）に対して、所定の角度（例えば、上述の角度θ２）に傾斜した第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面２０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に対して第１面２０７ａとは逆に傾斜した第３面２０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、第３面２０７ｃに連続し、光線射出部２０５の面に平行な第２面２０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。図１６に示すように、導光部材２００ｂの取り出し部２０４ｂおよび光線射出部２０５に対応する部分は、導光部２０３から再帰反射部２０６へ向かうにしたがって、肉厚となる構造となっている。なお、第１面２０７ａおよび第２面２０７ｂの構成および機能は、上述の第１の実施の形態で説明した通りである。また、第３面２０７ｃの構成および機能は、上述の第３面１０７ｃと同様である。

以上のように、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材１００ｂ（２００ｂ）では、取り出し部１０４ｂ（２０４ｂ）に、第１面１０７ａ（２０７ａ）に対して導光方向に連続し、光線射出部１０５（２０５）の面に対して第１面１０７ａ（２０７ａ）とは逆に傾斜した第３面１０７ｃ（２０７ｃ）を有するものとしている。これによって、第１の実施の形態における第１面１０７ａ（２０７ａ）と比較して、面積を広く取ることができるので、再帰反射部１０６（２０６）からの再帰光が第１面１０７ａ（２０７ａ）で反射される確率を、第１の実施の形態と比較して向上させることができ、輝度の高い虚像を形成することができ、さらには、迷光の発生を抑制した良好な虚像を得ることができる。

なお、図１７に示す例では、取り出し部１０４ｂおよび取り出し部２０４ｂ共に、第３面（第３面１０７ｃ、２０７ｃ）を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、取り出し部１０４ｂおよび取り出し部２０４ｂのうち、少なくともいずれかが、第３面を有する構成であるものとしてもよい。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る虚像表示装置について、第３の実施の形態に係る虚像表示装置と相違する点を中心に説明する。第３の実施の形態では、取り出し部１０４ｂ（２０４ｂ）が、第１面１０７ａ（２０７ａ）、第２面１０７ｂ（２０７ｂ）、および第３面１０７ｃ（２０７ｃ）を有する構成について説明した。本実施の形態では、取り出し部が、第１面１０７ａ（２０７ａ）、第２面１０７ｂ（２０７ｂ）、および第３面１０７ｃ（２０７ｃ）の他、第４面を有する構成について説明する。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図１８は、第４の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。図１８を参照しながら、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材１００ｃの取り出し部１０４ｃおよび光線射出部１０５、ならびに、導光部材２００ｃの取り出し部２０４ｃおよび光線射出部２０５について説明する。

図１８に示すように、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材１００ｃ（第１導光部材）の取り出し部１０４ｃは、光線射出部１０５の面（後面）に対して、所定の角度（例えば、上述の角度θ１）に傾斜した第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面１０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に平行な第４面１０７ｄと、第４面１０７ｄに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に対して第１面１０７ａとは逆に傾斜した第３面１０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、第３面１０７ｃに連続し、光線射出部１０５の面に平行な第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。図１８に示すように、導光部材１００ｃの取り出し部１０４ｃおよび光線射出部１０５に対応する部分は、導光部１０３から再帰反射部１０６へ向かうにしたがって、肉厚となる構造となっている。なお、第１面１０７ａ、第２面１０７ｂおよび第３面１０７ｃの構成および機能は、上述の第３の実施の形態で説明した通りである。

第４面１０７ｄは、第３面１０７ｃを設けることによるシースルー性の低下を抑制して、シースルー性を保持するための機能を有する平面である。

図１８に示すように、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材２００ｃ（第２導光部材）の取り出し部２０４ｃは、光線射出部２０５の面（後面）に対して、所定の角度（例えば、上述の角度θ２）に傾斜した第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面２０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に平行な第４面２０７ｄと、第４面２０７ｄに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に対して第１面２０７ａとは逆に傾斜した第３面２０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、第３面２０７ｃに連続し、光線射出部２０５の面に平行な第２面２０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。図１８に示すように、導光部材２００ｃの取り出し部２０４ｃおよび光線射出部２０５に対応する部分は、導光部２０３から再帰反射部２０６へ向かうにしたがって、肉厚となる構造となっている。なお、第１面２０７ａ、第２面２０７ｂおよび第３面２０７ｃの構成および機能は、上述の第３の実施の形態で説明した通りである。また、第４面２０７ｄの構成および機能は、上述の第４面１０７ｄと同様である。

以上のように、本実施の形態に係る虚像光学系の導光部材１００ｃ（２００ｃ）では、取り出し部１０４ｃ（２０４ｃ）に、第１面１０７ａ（２０７ａ）と、第３面１０７ｃ（２０７ｃ）との間に、光線射出部１０５（２０５）の面に平行な第４面１０７ｄ（２０７ｄ）を設けるものとしている。これによって、第３の実施の形態と比較して、外角を観察したときの歪みを低減させ、良好なシースルー性を保持することができる。ただし、第３面１０７ｃ（２０７ｃ）を有するので、第３の実施の形態と同様の効果を奏するのは言うまでもない。

なお、図１８に示す例では、取り出し部１０４ｃおよび取り出し部２０４ｃ共に、第４面（第４面１０７ｄ、２０７ｄ）を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、取り出し部１０４ｃおよび取り出し部２０４ｃのうち、少なくともいずれかが、第４面を有する構成であるものとしてもよい。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る虚像表示装置について、第１の実施の形態に係る虚像表示装置１と相違する点を中心に説明する。第１の実施の形態では、導光部１０３（２０３）から再帰反射部１０６（２０６）に向かうにしたがって導光部材１００（２００）が肉厚となる構成について説明した。本実施の形態では、肉厚とならない構成の一例について説明する。

＜虚像表示装置の全体構成＞
図１９は、第５の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。図１９を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｄの全体構成について説明する。

図１９に示すように、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｄは、虚像光学系２ｄと、コリメート光学系３００と、画像表示素子４００と、を有する。

虚像光学系２ｄは、コリメート光学系３００から出射した光線を内部に導光させ、後述する光線射出部１０５、２０５から人間の眼５００に向けて射出させるライトガイドである。虚像光学系２ｄは、導光部材１００ｄ（第１導光部材）と、導光部材２００ｄ（第２導光部材）と、を有する。

なお、コリメート光学系３００および画像表示素子４００の構成および動作は、上述の第１の実施の形態と同様である。

導光部材１００ｄは、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材１００ｄは、光線入射部１０１と、反射部１０２と、導光部１０３と、取り出し部１０４ｄと、光線射出部１０５と、再帰反射部１０６と、を有する。なお、光線入射部１０１、反射部１０２、導光部１０３、光線射出部１０５および再帰反射部１０６の機能は、第１の実施の形態と同様である。

取り出し部１０４ｄは、導光部１０３により導光され、再帰反射部１０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材１００ｄの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。取り出し部１０４ｄの詳細は、図２０で後述する。

導光部材２００ｄは、導光部材１００ｄと同様に、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材２００ｄは、図１９に示すように、導光部材１００ｄの導光部１０３の前面側に、所定のエアギャップを介して、後述する光線射出部２０５が導光部１０３に対向するように配置されている。導光部材２００ｄは、光線入射部２０１と、反射部２０２と、導光部２０３と、取り出し部２０４ｄと、光線射出部２０５と、再帰反射部２０６と、を有する。なお、光線入射部２０１、反射部２０２、導光部２０３、光線射出部２０５および再帰反射部２０６の機能は、第１の実施の形態と同様である。

取り出し部２０４ｄは、導光部２０３により導光され、再帰反射部２０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材２００ｄの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。取り出し部２０４ｄの詳細は、図２０で後述する。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図２０は、第５の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。図２０を参照しながら、導光部材１００ｄの取り出し部１０４ｄおよび光線射出部１０５、ならびに、導光部材２００ｄの取り出し部２０４ｄおよび光線射出部２０５について説明する。

図２０に示すように、導光部材１００ｄの取り出し部１０４ｄは、光線射出部１０５の面（後面）に対して所定の角度（例えば、角度θ１）に傾斜した第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面１０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に平行な第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、第２面１０７ｂに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に対して垂直に光線射出部１０５に向かって形成された第３面１０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。すなわち、第１面１０７ａおよび第３面１０７ｃは、第２面１０７ｂに対して凹陥するように形成されている。また、複数の第２面１０７ｂは、同一平面上に形成されている。このような取り出し部１０４ｄの構成によって、第１の実施の形態の取り出し部１０４と同様に、第１面１０７ａにおける反射によって再帰光を取り出し、光線射出部１０５から射出させることができる。

また、図２０に示すように、導光部材２００ｄの取り出し部２０４ｄは、光線射出部２０５の面（後面）に対して所定の角度（例えば、角度θ２）に傾斜した第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面２０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に平行な第２面２０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、第２面２０７ｂに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に対して垂直に光線射出部２０５に向かって形成された第３面２０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。すなわち、第１面２０７ａおよび第３面２０７ｃは、第２面２０７ｂに対して凹陥するように形成されている。また、複数の第２面２０７ｂは、同一平面上に形成されている。このような取り出し部２０４ｄの構成によって、第１の実施の形態の取り出し部２０４と同様に、第１面２０７ａにおける反射によって再帰光を取り出し、光線射出部２０５から射出させることができる。

以上のような虚像光学系２ｄの構成によって、第１の実施の形態の導光部材１００（２００）と比較して、導光部材１００ｄ（２００ｄ）を薄型化することが可能となり、軽量な虚像表示装置１ｄを得ることができる。

なお、複数の第２面１０７ｂ（２０７ｂ）は、同一平面上に形成されているものとしたが、必ずしもすべての第２面１０７ｂ（２０７ｂ）が同一平面上に形成される必要はない。また、例えば、第１の実施の形態の取り出し部１０４（２０４）の第１面１０７ａ（２０７ａ）および第２面１０７ｂ（２０７ｂ）の構成と組み合わせた構成としてもよい。

また、第３面１０７ｃ（２０７ｃ）は、光線射出部１０５（２０５）の面に対して垂直に光線射出部１０５（２０５）に向かって形成されるものとしているが、必ずしも垂直である必要はなく、第２面１０７ｂ（２０７ｂ）から光線射出部１０５（２０５）に向かって形成されているものとすればよい。

（第６の実施の形態）
第６の実施の形態に係る虚像表示装置について、第１の実施の形態に係る虚像表示装置１と相違する点を中心に説明する。第１の実施の形態では、導光部１０３（２０３）から再帰反射部１０６（２０６）に向かうにしたがって導光部材１００（２００）が肉厚となる構成について説明した。本実施の形態では、肉厚とならない構成の他の例について説明する。

＜虚像表示装置の全体構成＞
図２１は、第６の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。図２１を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｅの全体構成について説明する。

図２１に示すように、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｅは、虚像光学系２ｅと、コリメート光学系３００と、画像表示素子４００と、を有する。

虚像光学系２ｅは、コリメート光学系３００から出射した光線を内部に導光させ、後述する光線射出部１０５、２０５から人間の眼５００に向けて射出させるライトガイドである。虚像光学系２ｅは、導光部材１００ｅ（第１導光部材）と、導光部材２００ｅ（第２導光部材）と、を有する。

なお、コリメート光学系３００および画像表示素子４００の構成および動作は、上述の第１の実施の形態と同様である。

導光部材１００ｅは、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材１００ｅは、光線入射部１０１と、反射部１０２と、導光部１０３と、取り出し部１０４ｅと、光線射出部１０５と、再帰反射部１０６と、を有する。なお、光線入射部１０１、反射部１０２、導光部１０３、光線射出部１０５および再帰反射部１０６の機能は、第１の実施の形態と同様である。

取り出し部１０４ｅは、導光部１０３により導光され、再帰反射部１０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材１００ｅの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。取り出し部１０４ｅの詳細は、図２２で後述する。

導光部材２００ｅは、導光部材１００ｅと同様に、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材２００ｅは、図２１に示すように、導光部材１００ｅの導光部１０３の前面側に、所定のエアギャップを介して、後述する光線射出部２０５が導光部１０３に対向するように配置されている。導光部材２００ｅは、光線入射部２０１と、反射部２０２と、導光部２０３と、取り出し部２０４ｅと、光線射出部２０５と、再帰反射部２０６と、を有する。なお、光線入射部２０１、反射部２０２、導光部２０３、光線射出部２０５および再帰反射部２０６の機能は、第１の実施の形態と同様である。

取り出し部２０４ｅは、導光部２０３により導光され、再帰反射部２０６により反射されて進行方向が反転された光線を、導光部材２００ｅの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。取り出し部２０４ｅの詳細は、図２２で後述する。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図２２は、第６の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。図２２を参照しながら、導光部材１００ｅの取り出し部１０４ｅおよび光線射出部１０５、ならびに、導光部材２００ｅの取り出し部２０４ｅおよび光線射出部２０５について説明する。

図２２に示すように、導光部材１００ｅの取り出し部１０４ｅは、光線射出部１０５の面（後面）に対して所定の角度（例えば、角度θ１）に傾斜した第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面１０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に対して垂直に光線射出部１０５に向かって形成された第３面１０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、第３面１０７ｃに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に平行な第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。すなわち、第１面１０７ａおよび第３面１０７ｃは、第２面１０７ｂに対して突起するように形成されている。また、複数の第２面１０７ｂは、同一平面上に形成されている。このような取り出し部１０４ｅの構成によって、第１の実施の形態の取り出し部１０４と同様に、第１面１０７ａにおける反射によって再帰光を取り出し、光線射出部１０５から射出させることができる。

また、図２２に示すように、導光部材２００ｅの取り出し部２０４ｅは、光線射出部２０５の面（後面）に対して所定の角度（例えば、角度θ２）に傾斜した第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面２０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に対して垂直に光線射出部２０５に向かって形成された第３面２０７ｃ（第３の傾きを有する面の一例）と、第３面２０７ｃに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に平行な第２面２０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）と、が繰り返し並んで形成されている。すなわち、第１面２０７ａおよび第３面２０７ｃは、第２面２０７ｂに対して突起するように形成されている。また、複数の第２面２０７ｂは、同一平面上に形成されている。このような取り出し部２０４ｅの構成によって、第１の実施の形態の取り出し部２０４と同様に、第１面２０７ａにおける反射によって再帰光を取り出し、光線射出部２０５から射出させることができる。

以上のような虚像光学系２ｅの構成によって、第１の実施の形態の導光部材１００（２００）と比較して、導光部材１００ｅ（２００ｅ）を薄型化することが可能となり、軽量な虚像表示装置１ｅを得ることができる。

なお、複数の第２面１０７ｂ（２０７ｂ）は、同一平面上に形成されているものとしたが、必ずしもすべての第２面１０７ｂ（２０７ｂ）が同一平面上に形成される必要はない。また、例えば、第１の実施の形態の取り出し部１０４（２０４）の第１面１０７ａ（２０７ａ）および第２面１０７ｂ（２０７ｂ）の構成と組み合わせた構成としてもよい。

また、第３面１０７ｃ（２０７ｃ）は、光線射出部１０５（２０５）の面に対して垂直に光線射出部１０５（２０５）に向かって形成されるものとしているが、必ずしも垂直である必要はなく、第１面１０７ａ（２０７ａ）から光線射出部１０５（２０５）に向かって形成されているものとすればよい。

（第７の実施の形態）
第７の実施の形態に係る虚像表示装置について、第１の実施の形態に係る虚像表示装置１と相違する点を中心に説明する。第１の実施の形態では、導光部１０３（２０３）により導光された画像光を再帰反射部１０６（２０６）により反射させ、再帰光を取り出し部１０４（２０４）によって取り出して、光線射出部１０５（２０５）から射出させる構成について説明した。本実施の形態では、導光部１０３（２０３）により導光された画像光を、直接、取り出し部によって取り出して、光線射出部１０５（２０５）から射出させる構成について説明する。

＜虚像表示装置の全体構成＞
図２３は、第７の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。図２３を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｆの全体構成について説明する。

図２３に示すように、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｆは、虚像光学系２ｆと、コリメート光学系３００と、画像表示素子４００と、を有する。

虚像光学系２ｆは、コリメート光学系３００から出射した光線を内部に導光させ、後述する光線射出部１０５、２０５から人間の眼５００に向けて射出させるライトガイドである。虚像光学系２ｆは、導光部材１００ｆ（第１導光部材）と、導光部材２００ｆ（第２導光部材）と、を有する。

なお、コリメート光学系３００および画像表示素子４００の構成および動作は、上述の第１の実施の形態と同様である。

導光部材１００ｆは、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材１００ｆは、光線入射部１０１と、反射部１０２と、導光部１０３と、取り出し部１０４ｆと、光線射出部１０５と、を有する。したがって、導光部材１００ｆは、第１の実施の形態の再帰反射部１０６のような部位は有さない。なお、光線入射部１０１、反射部１０２、導光部１０３および光線射出部１０５の機能は、第１の実施の形態と同様である。

取り出し部１０４ｆは、導光部１０３により導光された画像光の光線を、導光部材１００ｆの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。取り出し部１０４ｆの詳細は、図２４で後述する。

導光部材２００ｆは、導光部材１００ｆと同様に、画像表示素子４００から出射され、コリメート光学系３００により平行化された画像情報を含む画像光を導光して、人間の眼５００に射出させるライトガイドである。導光部材２００ｆは、図２３に示すように、導光部材１００ｆの導光部１０３の前面側に、所定のエアギャップを介して、後述する光線射出部２０５が導光部１０３に対向するように配置されている。導光部材２００ｆは、光線入射部２０１と、反射部２０２と、導光部２０３と、取り出し部２０４ｆと、光線射出部２０５と、を有する。したがって、導光部材２００ｆは、第１の実施の形態の再帰反射部２０６のような部位は有さない。なお、光線入射部２０１、反射部２０２、導光部２０３および光線射出部２０５の機能は、第１の実施の形態と同様である。

取り出し部２０４ｆは、導光部２０３により導光された画像光の光線を、導光部材２００ｆの外側に取り出すために反射させる前面側の部位である。取り出し部２０４ｆの詳細は、図２４で後述する。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図２４は、第７の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。図２４を参照しながら、導光部材１００ｆの取り出し部１０４ｆおよび光線射出部１０５、ならびに、導光部材２００ｆの取り出し部２０４ｆおよび光線射出部２０５について説明する。

図２４に示すように、導光部材１００ｆの取り出し部１０４ｆは、光線射出部１０５の面（後面）に対して所定の角度θ１だけ反射部１０２とは逆に傾斜した第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面１０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部１０５の面に平行な第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）とが、交互に並んで形成されている。したがって、図２４に示すように、導光部材１００ｆの取り出し部１０４ｆおよび光線射出部１０５に対応する部分は、導光部１０３で導光される画像光の導光方向に向かうにしたがって、薄くなる構造となっている。

第１面１０７ａは、導光部材１００ｆの内部に入射して導光された画像光を、直接、光線射出部１０５に向かう方向に反射することによって、光線射出部１０５から射出させる機能を担う平面である。第１面１０７ａの光線射出部１０５に対する傾斜角は、上述した光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と同一であり、例えば、２０度〜３５度の範囲に設定することが好ましい。このように、第１面１０７ａの傾斜角を、光線入射部１０１と反射部１０２とがなす角度θ１と同一とすることによって、コリメート光学系３００の配置の調整等が容易となる。ただし、第１面１０７ａは、光線射出部１０５に対して、反射部１０２の光線入射部１０１に対する傾斜とは逆に傾斜している。また、第１面１０７ａには、第１の実施の形態と同様の反射コートが施されている。

第２面１０７ｂは、導光部材１００ｆの内部に入射して、導光部１０３を導光された画像光を、さらに、取り出し部１０４ｆと光線射出部１０５とに挟まれる部位内を導光させるための反射面としての機能を担う面である。また、第２面１０７ｂは、光線射出部１０５の面（後面）と平行な平面となっている。これによって、導光部材１００ｆの前面および後面からの外部の光を透過させる透過面として機能するので、シースルー性が確保される。

また、取り出し部１０４ｆに形成された複数の第１面１０７ａの間隔は、導光部１０３で導光される画像光の導光方向に粗から密となるように形成されている。第１面１０７ａによる反射対象となる光線は、上述のように導光部１０３で導光される画像光であるので、導光部１０３から、取り出し部１０４ｆと光線射出部１０５とで挟まれる部位内に導光された画像光は、まだ、第１面１０７ａにより反射されておらず、導光部１０３近傍の画像光の光量は大きい。したがって、導光部１０３近傍の第１面１０７ａでは、画像光の光線が反射される確率が高い。一方、導光部１０３から離れた第１面１０７ａでは、導光部１０３から、取り出し部１０４ｆと光線射出部１０５とで挟まれる部位内に導光された画像光のうち多くは、導光部１０３近傍の第１面１０７ａによって反射され光線射出部１０５から射出されているので、導光部１０３から離れた場所の画像光の光量は小さい。したがって、導光部１０３から離れた第１面１０７ａでは、画像光の光線が反射される確率が、導光部１０３近傍の第１面１０７ａよりも低い。よって、上述のように、第１面１０７ａの間隔を、導光部１０３で導光される画像光の導光方向に粗から密となるように形成することによって、画像光がバランスよく第１面１０７ａによって反射され、光線射出部１０５から射出されるので、光量ムラの少ない虚像を形成することができる。

なお、上述のように、第１面１０７ａの間隔を、導光部１０３で導光される画像光の導光方向に粗から密となるように形成するものとしたが、これに限定されるものではなく、複数の第１面１０７ａの間隔のうち、少なくとも１つの間隔が異なる長さであるものとしてもよい。すなわち、導光部１０３で導光される画像光の性質によって、第１面１０７ａのそれぞれの間隔を設定することによって、光量ムラの少ない虚像を形成することができる。

導光部材２００ｆの取り出し部２０４ｆは、光線射出部２０５の面（後面）に対して所定の角度θ２だけ反射部２０２とは逆に傾斜した第１面２０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）と、第１面２０７ａに対して導光方向に連続し、光線射出部２０５の面に平行な第２面２０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）とが、交互に並んで形成されている。したがって、図２４に示す導光部材１００ｆと同様に、導光部材２００ｆの取り出し部２０４ｆおよび光線射出部２０５に対応する部分は、導光部２０３で導光される画像光の導光方向に向かうにしたがって、薄くなる構造となっている。なお、取り出し部２０４ｆの第１面２０７ａおよび第２面２０７ｂの機能は、それぞれ、上述の取り出し部１０４ｆの第１面１０７ａおよび第２面１０７ｂと同様である。

＜画像光の光路について＞
図２５は、第７の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材における光線の光路を説明する図である。図２５を参照しながら、本実施の形態の虚像光学系２ｆの画像光の光路について説明する。なお、図２５では、導光部材１００ｆにおける画像光の光路に着目して説明する。

図２５に示すように、導光部材１００ｆにおいて、画像光の光線６３１は、入射角θｉｎで光線入射部１０１に入射して、反射部１０２で反射され、導光部１０３で導光される。ここで、図２５に示す例では、入射角θｉｎは、正の角度とする。そして、導光部１０３により導光された画像光の光線６３２は、取り出し部１０４ｆの第１面１０７ａにおける反射により取り出されて、光線射出部１０５から射出角θｏｕｔで外部に射出される。ここで、第１面１０７ａの光線射出部１０５に対する傾斜は、反射部１０２の光線入射部１０１に対する傾斜とは逆なので、射出角θｏｕｔは、負の角度であり、かつ、絶対値が入射角θｉｎと同一の角度となる。したがって、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｆの場合、ユーザが虚像を正常に視認するためには、画像表示素子４００は、ユーザが視認すべき虚像とは左右が反転した画像を出射する必要がある。

以上のような本実施の形態に係る虚像光学系２ｆの構成によって、第１の実施の形態に係る虚像光学系２と同様の効果を奏する。

また、上述のように、本実施の形態の導光部材１００ｆ（導光部材２００ｆ）は、第１の実施の形態の再帰反射部１０６（２０６）に相当する部位を有さない構成としている。これによって、当該部位を成型する必要がないため、導光部材１００ｆ（２００ｆ）全体の成型が容易となる。

また、導光部材１００ｆ（２００ｆ）の取り出し部１０４ｆ（２０４ｆ）および光線射出部１０５（２０５）に対応する部分は、導光部１０３（２０３）で導光される画像光の導光方向に向かうにしたがって、薄くなる構造となっている。これによって、虚像光学系２ｆ全体を薄型化することができる。

（第８の実施の形態）
第８の実施の形態に係る虚像表示装置について、第１の実施の形態に係る虚像表示装置１と相違する点を中心に説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態に係る虚像光学系２の取り出し部１０４および取り出し部２０４の前面側にそれぞれ光学部材を配置した構成について説明する。

＜虚像表示装置の全体構成＞
図２６は、第８の実施の形態に係る虚像表示装置の全体構成の一例を示す図である。図２６を参照しながら、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｇの全体構成について説明する。

図２６に示すように、本実施の形態に係る虚像表示装置１ｇは、虚像光学系２ｇと、コリメート光学系３００と、画像表示素子４００と、を有する。

虚像光学系２ｇは、コリメート光学系３００から出射した光線を内部に導光させ、後述する光線射出部１０５、２０５から人間の眼５００に向けて射出させるライトガイドである。虚像光学系２ｇは、導光部材１００（第１導光部材）と、光学部材１０８と、導光部材２００（第２導光部材）と、光学部材２０８と、を有する。すなわち、虚像光学系２ｇは、第１の実施の形態に係る虚像光学系２に対して、光学部材１０８、２０８を追加した構成と同一である。

なお、コリメート光学系３００および画像表示素子４００の構成および動作は、上述の第１の実施の形態と同様である。

光学部材１０８は、導光部材１００の光線射出部１０５と平行な前面１０９と、導光部材１００の取り出し部１０４の面に対向配置される傾斜部と、を有する部材である。

光学部材２０８は、導光部材２００の光線射出部２０５と平行な前面２０９と、導光部材２００の取り出し部２０４の面に対向配置される傾斜部と、を有する部材である。

＜取り出し部および光線射出部について＞
図２７は、第８の実施の形態に係る虚像光学系の導光部材の取り出し部の拡大図である。図２７を参照しながら、導光部材１００（２００）の取り出し部１０４（２０４）、光線射出部１０５（２０５）、および取り出し部１０４（２０４）に対向配置される光学部材１０８（２０８）について説明する。

図２７に示すように、光学部材１０８は、傾斜部が、導光部材１００の取り出し部１０４に空気層、すなわち、エアギャップ４を介して近接配置されている。本実施の形態では、導光部材１００の取り出し部１０４の端縁と、光学部材１０８の傾斜部の端縁とを、マイクロボール型の接着剤等を用いて接着している。このようにすることで、取り出し部１０４と傾斜部とのエアギャップ４を等間隔とすることが可能となり、シースルー性をより高めることができる。

光学部材１０８の傾斜部は、導光部材１００の取り出し部１０４に対向した部位に、前面１０９に対して角度θ１’を有する第５面１１０ａと、前面１０９に平行な第６面１１０ｂと、が交互に配置されている。

前面１０９は、導光部材１００の光線射出部１０５と平行な面である。また、第６面１１０ｂは、前面１０９と平行である。したがって、第６面１１０ｂは、導光部材１００の光線射出部１０５、および取り出し部１０４の第２面１０７ｂ（第２の傾きを有する面の一例）それぞれと平行である。このような設定とすることで、虚像光学系２ｇのシースルー性を高めることができる。

また、前面１０９に対する第５面１１０ａの角度θ１’を、上述した角度θ１、すなわち、光線射出部１０５に対する第１面１０７ａ（第１の傾きを有する面の一例）の角度と等しい角度に設定することが好ましい。この場合、光学部材１０８の第５面１１０ａが導光部材１００の第１面１０７ａと平行となり、虚像光学系２ｇのシースルー性をより高めることが可能になる。

また、虚像光学系２ｇのシースルー性を確保するために、導光部材１００と光学部材１０８とが、同一の材料で作られていることが望ましい。

なお、光学部材２０８の構造、および、導光部材２００と光学部材２０８との配置関係は、それぞれ上述の光学部材１０８の構造、および、導光部材１００と光学部材１０８との配置関係と同様である。

＜ＨＭＤへの適用＞
図２８は、第８の実施の形態に係る虚像表示装置をＨＭＤに適用した例を示す図である。図２８を参照しながら、本実施の形態に係る虚像光学系２ｇをＨＭＤに適用した例について説明する。

図２８（ａ）に示す例は、１つの虚像光学系２ｇを両眼用のＨＭＤに適用した場合であ
り、光線入射部１０１、２０１をユーザの右側に配置している。虚像光学系２ｇ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７００に固定される。なお、図２８では、フレーム部７００を簡略化して示しているが、フレーム部７００は、虚像光学系２ｇの両端側のみならず、上側縁および下側縁を覆う形状とするものとしてもよい。

図２８（ｂ）に示す例は、虚像光学系２ｇを小型化して単眼用のＨＭＤに適用した場合であり、２つの虚像光学系２ｇをユーザの左右各々の眼の位置に対応させて配置している。図２８（ｃ）に示す例は、虚像光学系２ｇを小型化して単眼用のＨＭＤに適用した場合であり、１つの虚像光学系２ｇをユーザの右眼の位置に対応させて配置している。なお、１つの虚像光学系２ｇをユーザの左眼の位置に対応させて配置してもよいのは、言うまでもない。

なお、図２８ではコリメート光学系３００および画像表示素子４００の図示を省略しているが、これらは、例えば、フレーム部７００に取り付けるものとすればよい。すなわち、図２８（ａ）および図２８（ｃ）に示す例では、コリメート光学系３００および画像表示素子４００を、右眼側のフレーム部７００に取り付け、図２８（ｂ）に示す例では、これらを、左右両方のフレーム部７００に取り付けるものとすればよい。

また、図２８に示す例では、虚像光学系２ｇを眼鏡型のＨＭＤに適用した場合を示しているが、他の種類のＨＭＤにも適用可能であり、さらには、ＨＵＤ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）にも適用できる。

また、図２８に示す例では、虚像光学系２ｇをＨＭＤに適用した場合を示しているが、上述の第１の実施の形態〜第７の実施の形態それぞれに係る虚像光学系をＨＭＤに適用できるのは言うまでもない。

図２９は、第１の実施の形態に係る虚像表示装置についての実施例１を説明する図である。図２９に示す本実施例では、第１の実施の形態に係る虚像光学系２についての寸法、角度および屈折率等を、以下の数値に設定した。

・導光部材肉厚：最薄部１．９３mm、最厚部４．４１mm
・導光部材長さ：５０mm
・導光部材幅：３０mm
・θ１＝２５度
・θ２＝３６．５度
・屈折率（ｎ１）＝１．５３（材質：プラスチック）
・屈折率（ｎ２）＝１．５３（材質：プラスチック）
・水平視野角：５０度、垂直視野角：３０度
・コリメータレンズ焦点距離：７．５mm
・アイボックス：５mm以上
・アイレリーフ：１５mm以上

ここで、虚像として確認できる視野の幅を「アイボックス」と称し、虚像が確認できる光線射出部１０５（２０５）から眼球までの距離を「アイレリーフ」と称している。

本実施例では、導光部材１００の光線射出部１０５の第１面１０７ａと光線射出部１０５とのなす角度θ１と、導光部材２００の光線射出部２０５の第１面２０７ａと光線射出部２０５とのなす角度θ２とが異なる値をとっている。これによって、光線入射部１０１および光線入射部２０１からそれぞれ入射する光線は、導光部１０３および導光部２０３を異なる反射角で導光される。角度θ１と角度θ２とを異なる角度に設定することで、導光部材１００および導光部材２００を同一の材料で成型することが可能である。さらに、導光部材１００および導光部材２００は、低屈折率のプラスチックでの成型が可能であるため、安価かつ軽量な虚像表示装置１を得ることができる。

図３０は、第２の実施の形態に係る虚像表示装置についての実施例２を説明する図である。図３０に示す本実施例では、第２の実施の形態に係る虚像光学系２ａについての寸法、角度および屈折率等を、以下の数値に設定した。

・導光部材肉厚：最薄部１．４０mm、最厚部４．４０mm
・導光部材長さ：５０mm
・導光部材幅：３０mm
・θ１＝２８度
・θ２＝２８度
・屈折率（ｎ１）＝１．５３（材質：プラスチック）
・屈折率（ｎ２）＝１．６４（材質：プラスチック）
・水平視野角：５０度、垂直視野角：３０度
・コリメータレンズ焦点距離：７．５mm
・アイボックス：５mm以上
・アイレリーフ：１５mm以上

本実施例では、導光部材１００に低屈折率のプラスチックを用い、導光部材２００に高屈折率のプラスチックを用いている。これによって、光線入射部１０１および光線入射部２０１から、それぞれ、導光部材１００および導光部材２００に入射する光線は、導光部１０３および導光部２０３を異なる反射角で導光される。さらに、本実施例では角度θ１と角度θ２とを同角度に設定することで、導光部材１００と導光部材２００とで同一の金型を用いて成型することができ、低コスト化が可能となる。

１、１ａ、１ｄ〜１ｇ 虚像表示装置
２、２ａ、２ｄ〜２ｇ 虚像光学系
３、４ エアギャップ
１００、１００ｂ〜１００ｆ 導光部材
１０１ 光線入射部
１０２ 反射部
１０３ 導光部
１０４、１０４ｂ〜１０４ｆ 取り出し部
１０５ 光線射出部
１０６ 再帰反射部
１０６ａ 第１傾斜面
１０６ｂ 第２傾斜面
１０７ａ 第１面
１０７ｂ 第２面
１０７ｃ 第３面
１０７ｄ 第４面
１０８ 光学部材
１０９ 前面
１１０ａ 第５面
１１０ｂ 第６面
２００、２００ａ〜２００ｆ 導光部材
２０１ 光線入射部
２０２、２０２ａ 反射部
２０３ 導光部
２０４、２０４ａ〜２０４ｆ 取り出し部
２０５ 光線射出部
２０６ 再帰反射部
２０７ａ 第１面
２０７ｂ 第２面
２０７ｃ 第３面
２０７ｄ 第４面
２０８ 光学部材
２０９ 前面
３００ コリメート光学系
４００ 画像表示素子
４００ａ 左側表示素子
４００ｂ 右側表示素子
５００ 眼
６００ 光線
６０１〜６０３、６１１〜６１３ 光線
６２１〜６２３ 光線
６３１、６３２ 光線
７００ フレーム部

特許第５４２１２８５号公報 特許第５７０３８７５号公報 特許第５２１８４３８号公報

Claims (13)

1. 画像表示素子から出射される画像光を導光して虚像を形成するための虚像光学系であって、
   ２以上の導光部材を備え、
   前記各導光部材は、それぞれ、
   前記画像光が入射する面である光線入射部と、
   前記光線入射部に対して傾斜し、該光線入射部から入射した前記画像光を反射させる面である反射部と、
   前記反射部で反射した前記画像光を、反射を繰り返して導光する導光部と、
   前記画像光を前記導光部材の外部に射出する光線射出部と、
   前記導光部により導光された前記画像光を反射させて前記光線射出部へ導光させる取り出し部と、
   を有し、
   前記取り出し部は、
   前記光線射出部に対して第１の傾きを有する面と、該光線射出部に対して第２の傾きを有する面と、が交互に並んで形成され、
   前記導光部により導光された前記画像光を前記第１の傾きを有する面で反射させて取り出し、
   前記各導光部材は、前記画像表示素子の特定の位置から出射した光線が、前記光線入射部から入射した後、前記導光部内の前記光線の反射角が該各導光部材によって異なるように配置された虚像光学系。
2. 前記各導光部材の前記光線入射部の面は、それぞれ平行であり、
   前記各導光部材の前記光線入射部の面と、前記反射部の面とがなす角度が、それぞれ異なる請求項１に記載の虚像光学系。
3. 前記導光部材として、第１導光部材と、第２導光部材と、を備え、
   前記第２導光部材は、前記第１導光部材に対して前記画像表示素子が配置された側と反対側に配置され、
   前記第２導光部材の前記光線入射部の面と、前記反射部の面とがなす角度は、前記第１導光部材の前記光線入射部の面と、前記反射部の面とがなす角度よりも大きい請求項２に記載の虚像光学系。
4. 前記各導光部材の屈折率は、それぞれ異なる請求項１に記載の虚像光学系。
5. 前記取り出し部は、
   前記第１の傾きを有する面を３以上有し、
   前記第１の傾きを有する面同士の間隔のうち、少なくとも１つの間隔が異なる長さとなるように形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の虚像光学系。
6. 前記各導光部材は、それぞれ、前記導光部で導光されてきた前記画像光を反射させ、進行方向を反転させる再帰反射部を、さらに備え、
   前記取り出し部は、前記再帰反射部により反転された前記画像光を取り出す請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像光学系。
7. 前記取り出し部は、
   前記第１の傾きを有する面を３以上有し、
   前記第１の傾きを有する面同士の間隔が、前記導光部から前記再帰反射部に向かう方向に密から粗となるように形成された請求項６に記載の虚像光学系。
8. 前記取り出し部は、前記第１の傾きを有する面と、該第１の傾きを有する面に対して前記画像光の導光方向に連続する第３の傾きを有する面と、前記第３の傾きを有する面に連続する前記第２の傾きを有する面と、が繰り返し並んで形成され、
   前記第３の傾きは、前記光線射出部に対して前記第１の傾きとは反対方向の傾きである請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像光学系。
9. 前記取り出し部は、前記第１の傾きを有する面と、該第１の傾きを有する面に対して前記画像光の導光方向に連続する面と、該連続する面に連続する第３の傾きを有する面と、前記第３の傾きを有する面に連続する前記第２の傾きを有する面と、が繰り返し並んで形成され、
   前記第３の傾きは、前記光線射出部に対して前記第１の傾きとは反対方向の傾きである請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像光学系。
10. 前記取り出し部は、前記第１の傾きを有する面と、該第１の傾きを有する面に対して前記画像光の導光方向に連続する前記第２の傾きを有する面と、該第２の傾きを有する面に対して前記導光方向に連続し、かつ、該第２の傾きを有する面から前記光線射出部に向かう方向に延設された第３の傾きを有する面と、が繰り返し並んで形成された請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像光学系。
11. 前記取り出し部は、前記第１の傾きを有する面と、該第１の傾きを有する面に対して前記画像光の導光方向に連続し、かつ、該第１の傾きを有する面から前記光線射出部に向かう方向に延設された第３の傾きを有する面と、前記第３の傾きを有する面に対して前記導光方向に連続する前記第２の傾きを有する面と、が繰り返し並んで形成された請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像光学系。
12. 前記取り出し部は、
    前記第１の傾きを有する面と、前記第２の傾きを有する面と、が交互に並んで形成され、
    前記導光部により導光された前記画像光を、直接、前記第１の傾きを有する面で反射させて取り出し、
    前記第１の傾きは、前記光線射出部に対して前記反射部とは反対方向の傾きである請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像光学系。
13. 前記画像表示素子と、
    前記画像表示素子から出射される前記画像光を平行化して射出するコリメート光学系と、
    前記コリメート光学系から射出された前記画像光を導光して前記虚像を形成する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の虚像光学系と、
    を備えた虚像表示装置。

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