JP2018165741A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光部を薄くしても出射部から高い輝度の画像光を出射でき、さらに、複数の部分反射面が形成されている透光性部材を接合に適した構造に安価に製作することのできる表示装置を提供すること。
【解決手段】表示部において、導光系３０は、非平行光からなる画像光Ｌが入射する入射曲面４１、および入射曲面４１との間で画像光Ｌを反射させて平行光とする反射曲面４２を備えた入射部４０と、複数の部分反射面５５が平行に配置された導光部５０とを有している。導光部５０は、入射部４０から出射された平行光束で満たされる。入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３を介して面接合された第２透光性部材６２に形成され、接合面６３は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。
【選択図】図２

Description

本発明は、導光系を備えた表示装置に関するものである。

表示装置として、画像光が入射する入射部から導光部が延在した導光系を備えた構成が提案されており、入射部から入射した画像光は、導光部を介して出射部に導かれる（特許文献１参照）。入射部には、入射曲面と反射曲面とが形成されており、画像光は、入射曲面から入射した後、反射曲面と入射曲面との間で反射して導光部に導かれる。一方、導光部に対して複数の部分反射面が互いに平行に配置された導光系が提案されており、複数の部分反射面が形成されている部分と入射部が形成されている部分とを別の透光性部材によって構成し、透光性部材同士を接合した構成が提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１７−３８４５号公報 米国特許ＵＳ９２４８６１６

表示装置では、出射部から出射される画像光の輝度が高いことが要求される、また、導光部が眼前に位置することから導光部が薄いことが要求される。しかしながら、特許文献１、２には、上記の要求を同時に満たすための構成が開示されていない。また、特許文献２には、２つの透光性部材を接合して導光系を構成が記載されているが、複数の部分反射面が形成されている透光性部材を接合に適した構造に安価に製作するための技術が開示されていない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の第１課題は、導光部を薄くしても出射部から高い輝度の画像光を出射できる表示装置を提供することにある。

次に、本発明の課題は、複数の部分反射面が形成されている透光性部材を接合に適した構造に安価に製作することのできる表示装置を提供することにある。

上記第１課題を解決するために、本発明に係る表示装置の一態様は、非平行光からなる画像光を出射する画像生成系と、入射した前記画像光を導く導光系と、を有し、前記導光系は、前記画像光が入射する入射曲面、および前記入射曲面から入射した前記画像光を前記入射曲面との間で反射させて平行光に変換する反射曲面を備えた透光性の入射部と、第１方向の一方端側が前記入射部に接続され、前記入射部から前記平行光が入射する透光性の導光部と、を備え、前記導光部は、前記一方端側から前記第１方向の他方端側に向けて延在する第１面と、前記第１方向と交差する第２方向の一方側で前記第１面と平行に対向する第２面と、前記入射部から前記他方端側に離間する位置に設けられた出射部と、を備え、前記画像生成系の同一個所から出射された前記画像光が前記入射部で平行光化された後の平行光束を、前記第１方向および前記第２方向に対して交差する第３方向からみたとき、前記導光部における前記一方端側の部分の内部が前記平行光束によって満たされていることを特徴とする。

本発明では、導光系の入射部には、入射曲面と反射曲面とが形成されており、画像光は、入射曲面から入射した後、反射曲面と入射曲面との間で反射して導光部に平行光として導かれる。また、入射部から導光部に対して画像光を平行光として出射した様子を第３方向からみたとき、導光部の一方端部分の全体が平行光化された画像光によって満たされている。このため、導光部を薄くしても出射部から高い輝度の画像光を出射することができる。

本発明において、前記平行光束を前記第３方向からみたときの光束径をＤとし、前記第１面と前記第２面との前記第２方向における間隔をｔとし、前記平行光束の前記第１面および前記第２面に対する入射角をθとしたとき、
前記光束Ｄ、前記間隔ｔおよび前記入射角θは、下記条件式
Ｄ＝２ｔ×Ｓｉｎθ
を満たしている態様を採用することができる。かかる態様によれば、第３方向からみたとき、導光部の一方端部分の全体が平行光化された画像光によって満たされている。従って、導光部の第２方向の厚さを薄くしても、輝度の高い画像を表示することができる。

本発明において、前記平行光束を前記第３方向からみたとき、前記導光部における前記一方端側の部分では、前記平行光束の光線のうち、一方の側端部に位置する第１光線が前記第２面に入射する位置、および前記平行光束の光線のうち、他方の側端部に位置する第２光線が前記第２面に入射する位置が、前記平行光束の中心光線が前記第１面に入射する位置における法線上に位置する態様を採用することができる。かかる態様によれば、第３方向からみたとき、導光部の一方端部分の全体が平行光化された画像光によって満たされている。従って、導光部の第２方向の厚さを薄くしても、輝度の高い画像を表示することができる。

本発明において、前記入射曲面および前記反射曲面のうち、少なくとも一方の面は自由曲面である態様を採用することができる。

本発明において、前記反射曲面は、反射性の金属層を備えている態様を採用することができる。

本発明において、前記導光部には、前記第３方向からみたときに前記第２面に対する法線方向から前記一方端側に傾いた複数の部分反射面が互いに平行に前記第１方向に沿って配置されており、前記出射部は、前記第２面のうち、前記複数の部分反射面に前記第２方向で重なる部分である態様を採用することができる。

本発明において、前記入射部は、第１透光性部材に形成され、前記導光部の少なくとも前記複数の部分反射面が形成されている部分は、前記第１透光性部材に第１接合面を介して前記第１方向で面接合された第２透光性部材に形成されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、入射部、および導光部の複数の部分反射面が形成されている部分を各々、適正な方法で製造することができる。

前記第２課題を解消するために、本発明において、前記第１接合面は、前記第２方向の他方側の第１端部が前記第２方向の前記一方側の第２端部より前記一方端側に位置している態様を採用することが好ましい。かかる態様によれば、透光性基板を部分反射面を挟んで複数、積層した積層体を切断して、複数の部分反射面が形成されている部分を製作する際、最も端の透光性基板に第１接合面を形成することになるが、第１接合面と部分反射面が同一方向に傾いていれば、最も端の透光性基板を過度に厚くする必要がない。従って、複数の部分反射面が形成されている第２透光性部材を接合に適した構造に安価に製作することができる。

本発明において、前記第１接合面は、前記複数の部分反射面が形成されている部分と前記入射部との間に位置する態様を採用することができる。

本発明において、前記第１接合面は、前記入射部と前記導光部の間に位置する態様を採用することができる。

本発明において、前記第１接合面は、前記複数の部分反射面のうち最も前記一方端側に位置する部分反射面と重なる位置にある態様を採用することができる。

本発明において、前記第１接合面は、複数の段部を有している態様を採用することができる。

本発明において、前記第１透光性部材は、前記導光部に前記第２方向の一方側で重なる板状部を備え、前記板状部は、前記導光部に対して第２接合面を介して前記第２方向で面接合されている態様を採用することができる。

本発明において、前記複数の部分反射面のうち、少なくとも１つの部分反射面は、反射性の金属層を含む多層膜を備えている態様を採用することができる。かかる態様によれば、部分反射面の反射率を高めることができる。

本発明において、前記複数の反射面は、入射角に応じて反射率が変化する特性を有している態様を採用することができる。かかる態様によれば、出射部から出射される光の輝度ばらつきを軽減することができる。本発明において、前記複数の反射面は、入射角が大のときには、入射角が小のときより反射率が大である態様を採用するこができる。本発明において、前記複数の反射面は、入射角が小のときには、入射角が大のときより反射率が大である態様を採用してもよい。

本発明の実施形態１に係る表示装置の外観の一例を模式的に示す説明図である。 図１に示す表示装置の光学系の平面図である。 図２に示す投射レンズ系および入射部の設計例を示す説明図である。 図２に示す導光部内での平行光束の様子を模式的に示す説明図である。 図２に示す導光部の製造方法を示す説明図である。 図２に示す導光部の別の製造方法を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る表示装置の光学系の平面図である。 本発明の実施形態３に係る表示装置の光学系の平面図である。 本発明の実施形態４に係る表示装置の光学系の平面図である。 本発明の実施形態５に係る表示装置の光学系の平面図である。 本発明の実施形態６に係る表示装置の光学系の平面図である。 本発明の実施形態７に係る表示装置の導光部の説明図である。 本発明の実施形態９に係る表示装置の外観の一例を模式的に示す説明図である。 図１３に示す表示装置を観察者に対する正面方向からみた正面図である。 図１３に示す表示装置を左側からみた側面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材の数や縮尺を異ならしめてある。

［実施形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る表示装置１００の外観の一例を模式的に示す説明図である。図１に示す表示装置１００は、シースルー型のアイグラスディスプレイ等として構成されており、テンプル１１１（Ｒ）、１１１（Ｌ）を左右に備えたフレーム１１０を有している。表示装置１００は、後述する表示部１０がフレーム１１０に支持されており、表示部１０から出射された画像を使用者に虚像として認識させる。本実施形態において、表示装置１００は、表示部１０として、右眼用の表示部１０（Ｒ）と左眼用の表示部１０（Ｌ）とを備えている。右眼用の表示部１０（Ｒ）と左眼用の表示部１０（Ｌ）とは、同一の構成をもって左右対称に配置されている。従って、以下の説明では、右眼用の表示部１０（Ｒ）を中心に説明し、左眼用の表示部１０（Ｌ）については説明を省略する。

また、以下の説明では、左右方向を第１方向Ｘとし、前後方向を第２方向Ｚとし、上下方向を第３方向Ｙとして説明する。また、第１方向Ｘの一方側（右側）にＸ１を付し、第１方向Ｘの他方側（左側）にＸ２を付し、第２方向Ｚの一方側（後側）にＺ１を付し、第２方向Ｚの他方側（前側）にＺ２を付し、第３方向Ｙの一方側（上側）にＹ１を付し、第３方向Ｙの他方側（下側）Ｙ２に付して説明する。ここで、右眼用の表示部１０（Ｒ）と左眼用の表示部１０（Ｌ）とは対称に配置されているため、表示部１０（Ｒ）と左眼用の表示部１０（Ｌ）とでは、第１方向Ｘの一方側Ｘ１と他方側Ｘ２とが左右で反転する。

（表示部１０の全体構成）
図２は、図１に示す表示部１０の光学系の平面図である。なお、図２では、画像生成系２０の中央から出射される画像光Ｌを点線で示し、画像生成系２０の端部から出射される画像光Ｌを一点鎖線および二点鎖線で示してある。

図２に示すように、表示部１０（表示部１０（Ｒ））は、非平行光からなる画像光Ｌを出射する画像生成系２０と、入射した画像光Ｌを出射部５８に導く導光系３０とを有している。本形態において、画像生成系２０と導光系３０との間には、投射レンズ系７０が配置されており、画像生成系２０から出射された画像光Ｌは、投射レンズ系７０を介して導光系３０に入射する。

本実施形態において、投射レンズ系７０は、第１レンズ７１と、第１レンズ７１と導光系３０との間に配置された第２レンズ７２とによって構成されている。

導光系３０は、画像光Ｌが入射する入射曲面４１、および入射曲面４１から入射した画像光Ｌを入射曲面４１との間で反射させて平行光に変換する反射曲面４２とを備えた透光性の入射部４０と、第１方向Ｘの一方端５１（一方側Ｘ１の端部）側が入射部４０に接続された透光性の導光部５０とを備えており、導光部５０は、入射部４０から入射した平行光を出射部５８に導く。導光部５０は、一方側Ｘ１の一方端５１の側から第１方向Ｘの他方端５２側（他方側Ｘ２の端部）に向けて延在する第１面５６と、第１方向Ｘと交差する第２方向Ｚの一方側Ｚ１で第１面５６と平行に対向する第２面５７と、第２面５７の入射部４０から離間する部分に設けられた出射部５８とを備えている。本形態において、出射部５８は、第２面５７のうち、入射部４０から第１方向Ｘの他方側Ｘ２に離間した部分からなる。このように構成した導光系３０では、入射部４０から導光部５０に出射された平行光が第１面５６と第２面５７との間で反射して第１方向Ｘの一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に出射部５８に導かれ、出射部５８から出射される。

（画像生成系２０の詳細構成）
画像生成系２０は、液晶装置や有機エレクトロルミネンセンス装置等からなる光変調パネルであり、入射部４０に対して第１方向Ｘの一方側Ｘ１、かつ、第２方向Ｚの一方側Ｚ１で入射曲面４１に対向している。本実施形態において、画像生成系２０は、第１方向Ｘの一方側Ｘ１の端部２１が第１方向Ｘの他方側Ｘ２の端部２２より第２方向Ｚの他方側Ｚ２に位置するように斜めに配置されている。

（入射部４０の詳細構成）
入射部４０において、入射曲面４１は、第２方向Ｚの一方側Ｚ１に向いた面であり、画像生成系２０に投射レンズ系７０を介して対向している。従って、入射曲面４１は、第２方向Ｚの他方側Ｚ２の端部４１１が第２方向Ｚの一方側Ｚ１の端部４１２より第１方向Ｘの一方側Ｘ１に位置するように斜めに配置されている。但し、入射曲面４１の端部４１２と画像生成系２０の端部２２との間隔は、入射曲面４１の端部４１１と画像生成系２０の端部２１との間隔より広い。入射曲面４１は、非球面や自由曲面等の曲面からなり、本実施形態において、入射曲面４１は、凸状の自由曲面からなる。入射曲面４１には反射膜等が形成されていないが、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する。従って、入射曲面４１は透過性および反射性を備えている。

反射曲面４２は、第２方向Ｚの他方側Ｚ２を向く面からなり、第１方向Ｘの一方側Ｘ１の端部４２１が第１方向Ｘの他方側Ｘ２の端部４２２より第２方向Ｚの一方側Ｚ１に位置するように斜めに配置されている。反射曲面４２は、非球面や自由曲面等の曲面からなり、本実施形態において、反射曲面４２は、凸状の自由曲面からなる。反射曲面４２については、反射膜等が形成されておらず、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する構成を採用することができる。但し、本実施形態において、反射曲面４２は、アルミニウム、銀、マグネシウム、クロム等を主成分とする反射性の金属層４２０を備えている。

このように構成した入射部４０では、非平行光なる画像光Ｌが入射曲面４１に入射すると、入射曲面４１から入射した画像光Ｌは、入射曲面４１で屈折し、反射曲面４２に向かう。次に、画像光Ｌは、反射曲面４２で反射されて再び、入射曲面４１に向かう。その際、入射曲面４１には、画像光Ｌが臨界角以上の入射角で入射するため、画像光Ｌは、入射曲面４１で導光部５０に向けて反射され、その間に、画像光Ｌは平行光に変換される。

（投射レンズ系７０および入射部４０の設計例）
図３は、図２に示す投射レンズ系７０および入射部４０の設計例を示す説明図である。第１レンズ７１、第２レンズ７２、入射曲面４１、および反射曲面４２は、図３に示すように構成されており、図３の上段には、図３に示す数１に示す自由曲面関数における係数を示してある。図３の下段には、第１レンズ７１、第２レンズ７２、および入射部４０を構成する材料の屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（ν）を示してある。図３に示す面番号（３）〜（８）のうち、面番号（３）は、入射曲面４１であり、面番号（４）、反射曲面４２である。面番号（５）は第２レンズ７２の出射側のレンズ面であり、面番号（６）は第２レンズ７２の入射側のレンズ面である。面番号（７）は第１レンズ７１の出射側のレンズ面であり、面番号（８）は第１レンズ７１の入射側のレンズ面である。

（導光部５０の詳細構成）
導光部５０では、第１面５６と第２面５７とが平行に配置されており、第１面５６と第２面５７との第２方向Ｚの厚さ（導光部５０の第２方向Ｚの寸法）は、入射部４０の第２方向Ｚの寸法より薄い。第１面５６および第２面５７は、導光部５０と外界（空気）との屈折率差に基づいて、臨界角以上の入射角で入射した光を全反射する。このため、第１面５６（第１反射面）および第２面５７（第２反射面）には反射膜等が形成されていない。

導光部５０には、入射部４０から離間する部分に、第３方向Ｙからみたときに第２面５７に対する法線方向から第１方向Ｘの一方側Ｘ１に傾いた複数の部分反射面５５が互いに平行に第１方向Ｘに沿って配置されている。出射部５８は、第２面５７のうち、複数の部分反射面５５に第１方向Ｘで重なる部分であり、第１方向Ｘにおいて所定の幅を有する領域である。

複数の部分反射面５５は各々、誘電体多層膜からなる。また、複数の部分反射面５５のうちの少なくとも１つが、誘電体多層膜と、アルミニウム、銀、マグネシウム、クロム等主成分とする反射性の金属層（薄膜）との複合層であってもよい。部分反射面５５が金属層を含んでいる構成の場合、部分反射面５５の反射率を高める効果や、部分反射面５５の透過率および反射率の入射角依存性や偏光依存性を適正化できるという効果がある。

このように構成した導光部５０では、入射部４０から入射してきた平行光からなる画像光Ｌは、第１面５６と第２面５７との間で反射して第１方向Ｘの一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に進行する。そして、部分反射面５５に入射した画像光Ｌの一部は、部分反射面５５で反射して出射部５８から観察者の眼Ｅに向けて出射される。また、部分反射面５５に入射した画像光Ｌの残りは、部分反射面５５を透過し、第１方向Ｘの他方側Ｘ２で隣り合う次の部分反射面５５に入射する。このため、複数の部分反射面５５の各々において第２方向Ｚの一方側Ｚ１に反射した画像光Ｌは、出射部５８から観察者の眼Ｅに向けて出射される。従って、観察者は、虚像を認識することができる。その際、外界の光は、外界から導光部５０に入射した光は、導光部５０に入射した後、部分反射面５５を透過して観察者の眼Ｅに到達する。このため、観察者は、画像生成系２０で生成された画像をみることができるとともに、外界の景色等をシースルーでみることができる。

（導光部５０内の様子）
図４は、図２に示す導光部５０内での平行光束の様子を模式的に示す説明図であり、画像生成系２０の同一個所から投射レンズ系７０を介して入射部４０の入射曲面４１に入射した非平行な光束が入射部４０で平行光化された後の平行光束Ｌ０（画像光Ｌ）を第３方向Ｙからみた様子を模式的に示してある。なお、図４では、平行光束Ｌ０の中心光線Ｌ０ｃを実線で示し、平行光束Ｌ０の一方の側端部に位置する第１光線Ｌ０ａを長い破線で示し、平行光束Ｌ０の他方の側端部に位置する第２光線Ｌ０ｂを一点鎖線で示してある。また、図４の上段には、中心光線Ｌ０ｃと第１光線Ｌ０ａとに挟まれた第１平行光束部分Ｌ０１をグレーで示し、図４の下上段には、中心光線Ｌ０ｃと第２光線Ｌ０ｂとに挟まれた第２平行光束部分Ｌ０２をグレーで示してある。

図４に示すように、表示部１０では、画像生成系２０の同一個所から入射部４０の入射曲面４１に入射した非平行な光束が入射部４０で平行光化された後の平行光束Ｌ０を第３方向Ｙからみたとき、導光部５０の入射部４０が位置する一方端部分（第１方向Ｘの一方側Ｘ１の部分）の内部が平行光束Ｌ０によって満たされるように構成されている。より具体的には、平行光束Ｌ０では、中心光線Ｌ０ｃと第１光線Ｌ０ａとの間に挟まれた第１平行光束部分Ｌ０１（グレー部分）と、中心光線Ｌ０ｃと平行光束Ｌ０の第２光線Ｌ０ｂとの間に挟まれた第２平行光束部分Ｌ０２（グレー部分）とを合成すると、導光部５０の内部が平行光束Ｌ０によって満たされている。

かかる構成は、例えば、第１面５６と第２面５７とが平行であって、平行光束Ｌ０の光束径をＤとし、第１面５６と第２面５７との第２方向Ｚにおける間隔をｔとし、平行光束Ｌ０の第１面５６および第２面５７に対する入射角をθとしたとき、光束Ｄ、間隔ｔおよび入射角θを、下記条件式
Ｄ＝２ｔ×Ｓｉｎθ
を満たするように設定することにより実現することができる。

言い換えれば、第１光線Ｌ０ａおよび第２光線Ｌ０ｂが第２面５７に入射する位置が、中心光線Ｌ０ｃが第１面５６に入射する位置における仮想の法線Ｌｓ上に位置するように設定することにより実現することができる。なお、図２に示すように、画像光Ｌは、画像生成系２０の各個所から出射されるが、本実施形態では、画像生成系２０のいずれの個所から出射される画像光Ｌについても、上記の条件を満たしている。

（接合構造）
再び図２において、本実施形態において、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。従って、接合面６３は、複数の部分反射面５５が形成されている部分５４と入射部４０との間に位置する。かかる構成によれば、入射部４０についてはシクロオレフィンポリマー等からなる樹脂成形品で構成する一方、導光部５０の複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、図５および図６を参照して後述するように、部分反射面５５を挟んで積層した透光性基板を切断した構成する等、入射部４０および部分反射面５５を適正な方法で製造することができる。

本実施形態において、接合面６３は、導光部５０と入射部４０との間に配置されている。ここで、接合面６３は、第２方向Ｚの他方側Ｚ２の第１端部６３１が第１面５６と入射部４０の反射領域との間に位置し、第２方向Ｚの一方側Ｚ１の第２端部６３２が第２面５７と入射部４０の反射領域との間に位置している。より具体的には、接合面６３の第２端部６３２は、入射曲面４１のうち、反射曲面４２の側から画像光Ｌが入射する領域（反射領域）と第２面５７との間に位置する。また、接合面６３の第１端部６３１は、反射曲面４２のうち、入射曲面４１の側から画像光Ｌが入射する領域（反射領域）と第１面５６との間に位置する。従って、接合面６３は、入射部４０内での適正な反射や、導光部５０内での適正な反射を妨げにくい。

また、接合面６３は、第１端部６３１が第２端部６３２より一方端５１側に位置すり平面からなる。従って、接合面６３は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。また、他方端５２（第３面）は、第２方向Ｚの他方側Ｚ２の第１縁部５２１が第２方向Ｚの一方側Ｚ１の第２縁部５２２より一方端５１側に位置する。従って、他方端５２は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。

（導光部５０の製造方法）
図５は、図２に示す導光部５０の製造方法を示す説明図である。図６は、図２に示す導光部５０の別の製造方法を示す説明図である。図２に示す導光部５０（第２透光性部材６２）を製造するには、図５に示すように、一方面に部分反射面５５を形成した複数枚の透光性基板６６をずらしながら重ね、この状態で、透光性基板６６に荷重を加えながら透光性基板６６同士を接合層を介して接合し、積層体６７を形成する。その際、部分反射面５５が形成されていない透光性基板６６も積層しておく。次に、積層体６７を斜めに切断する。その結果、導光部５０（第２透光性部材６２）が得られる。その際、切断面によって第１面５６および第２面５７が構成されるので、切断面に対しては研磨等を行う。透光性基板６６は、ガラス基板、石英基板、樹脂基板等である。透光性基板６６がガラス基板である場合、ガラス接合等によって接合できるので、接着剤を用いる必要がない。また、接着剤を用いて透光性基板６６を接合してもよい。

一方、図６に示す方法では、一方面に部分反射面５５を形成した複数枚の透光性基板６６をずらさずに重ね、この状態で、透光性基板６６に荷重を加えながら透光性基板６６同士を接合層を介して接合し、積層体６７を形成する。その際、部分反射面５５が形成されていない透光性基板６６も積層しておく。次に、積層体６７を斜めに切断する。その結果、導光部５０（第２透光性部材６２）が得られる。その際、切断面によって第１面５６および第２面５７が構成されるので、切断面に対しては研磨等を行う。透光性基板６６は、ガラス基板、石英基板、樹脂基板等である。透光性基板６６がガラス基板である場合、ガラス接合等によって接合できるので、接着剤を用いる必要がない。また、接着剤を用いて透光性基板６６を接合してもよい。

図５に示す方法によれば、材料の損失を減らすことができる。これに対して、図６に示す方法では、複数の透光性基板６６は、全体が重なっているので、透光性基板６６に荷重を加えながら接着剤を硬化させる際、図５に示す方法より、透光性基板６６の全体に均等な荷重が加わる。従って、透光性基板６６同士を均一に密着した状態に接着することができる。

また、接合面６３および他方端５２は、両端に積層した透光性基板６６１、６６２によって形成される。従って、透光性基板６６１の厚さは、接合面６３と部分反射面５５との間隔に対応し、透光性基板６６２の厚さは、他方端５２と部分反射面５５との間隔に対応して設定される。ここで、接合面６３および他方端５２は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。このため、複数の透光性基板６６のうち、一方の端部に位置する透光性基板６６１を加工して接合面６３を形成する場合でも、接合面６３が部分反射面５５と逆方向に傾いている場合（二点鎖線Ｌ６３で示す場合）と違って、透光性基板６６１を過度に厚くする必要がない。また、複数の透光性基板６６のうち、他方の端部に位置する透光性基板６６２を加工して他方端５２を形成する場合でも、他方端５２が部分反射面５５と逆方向に傾いている場合（二点鎖線Ｌ５２０で示す場合）と違って、透光性基板６６２を過度に厚くする必要がない。それ故、接合面６３および他方端５２を両端に備えた導光部５０（第２透光性部材６２）を安価に接続することができるので、表示部１０（表示装置１００）のコストを低減することができる。

特に接合面６３および他方端５２が部分反射面５５と平行である場合には、透光性基板６６１および６６２に対しては、研磨等の加工を行えばよく、角度を調整する加工を行う必要がない。それ故、接合面６３および他方端５２（第３面）を両端に備えた導光部５０（第２透光性部材６２）を安価に接続することができるので、表示装置１００のコストを低減することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本実施形態に係る表示装置１００（表示部１０）において、導光系３０の入射部４０には、入射曲面４１と反射曲面４２とが形成されており、画像光Ｌは、入射曲面４１から入射した後、反射曲面４２と入射曲面４１との間で反射して導光部５０に平行光として導かれる。従って、投射レンズ系７０に対する設計上の要求を緩和することができるので、投射レンズ系７０を２つのレンズ（第１レンズ７１および第２レンズ７２）によって構成することができる等、投射レンズ系７０の簡素化を図ることができる。また、投射レンズ系７０の簡素化を図ることができれば、表示装置１００（表示部１０）の小型化および軽量化を図ることができる。

また、表示装置１００（表示部１０）では、画像生成系２０の同一個所から入射部４０の入射曲面４１に入射した非平行な光束が入射部４０で平行光化された後の平行光束Ｌ０を第３方向Ｙからみたとき、導光部５０における第１方向Ｘの一方側Ｘ１の部分の内部が平行光束Ｌ０によって満たされている。このため、導光部５０の第２方向Ｚの厚さを薄くしても、輝度の高い虚像を観察者に認識させることができる。

また、導光部５０では複数の部分反射面５５が互いに平行に第１方向Ｘに沿って配置されており、出射部５８は、第２面５７のうち、複数の部分反射面５５に第１方向Ｘで重なる部分である。従って、出射部５８は、第１方向Ｘにおいて所定の幅を有する領域であるので、観察者の眼Ｅの位置が第１方向Ｘに多少、移動した場合でも、虚像を観察者に認識させることができる。

また、入射部４０では、反射曲面４２が金属層４２０を備えているため、反射曲面４２に対する入射角が小さい場合でも、確実に反射することができる。従って、輝度の高い虚像を観察者に認識させることができる。

また、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。従って、入射部４０については樹脂成形品で構成する一方、導光部５０の複数の部分反射面５５については、図５および図６を参照して説明した方法で製作する等、入射部４０および部分反射面５５を適正な方法で製作することができる。また、接合面６３および他方端５２が部分反射面５５と同一方向に傾いているため、図５および図６を参照して説明したように、表示部１０（表示装置１００）のコストを低減することができる。

［実施形態２］
図７は、本発明の実施形態２に係る表示装置１００の光学系の平面図である。なお、本形態および後述する各実施形態の基本的な構成は、実施形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態においても、実施形態１と同様、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。本実施形態において、接合面６３は、導光部５０のうち、複数の部分反射面５５と一方端５１との間に配置されている。また、本形態でも、実施の形態１と同様、接合面６３および他方端５２が部分反射面５５と同一方向に傾いている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態３］
図８は、本発明の実施形態３に係る表示装置１００の光学系の平面図である。図８に示すように、本実施形態においても、実施形態１と同様、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。本実施形態において、接合面６３は、複数の部分反射面５５のうち最も一方端５１側に位置する部分反射面５５と重なる位置にある。従って、実施の形態１と同様、接合面６３は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態４］
図９は、本発明の実施形態４に係る表示装置１００の光学系の平面図である。図９に示すように、本実施形態においても、実施形態１と同様、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。本実施形態において、接合面６３は、導光部５０と入射部４０との間に位置する。ここで、接合面６３は、複数の段部６３０を有している。このため、接合面６３の面積が広いので、第１透光性部材６１と第２透光性部材６２との接合強度を高めることができる。この場合でも、接合面６３は、第１端部６３１が第２端部６３２より一方端５１側に位置するため、接合面６３が部分反射面５５と同一方向に傾いている場合と同様な効果を奏する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態５］
図１０は、本発明の実施形態５に係る表示装置１００の光学系の平面図である。図１０に示すように、本実施形態においても、実施形態１と同様、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。本実施形態において、接合面６３は、導光部５０と入射部４０との間に位置する。また、接合面６３は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。

ここで、第１透光性部材６１は、導光部５０に第２方向Ｚの一方側Ｚ１で重なる板状部６１０を備えており、板状部６１０は、導光部５０に対して接合面６４（第２接合面）を介して第２方向Ｚで面接合されている。このため、第１透光性部材６１と第２透光性部材６２との接合の面積が広いので、第１透光性部材６１と第２透光性部材６２との接合強度を高めることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態６］
図１１は、本発明の実施形態６に係る表示装置１００の光学系の平面図である。図１１に示すように、本実施形態においても、実施形態１と同様、入射部４０は、第１透光性部材６１に形成され、導光部５０の少なくとも複数の部分反射面５５が形成されている部分５４は、第１透光性部材６１に接合面６３（第１接合面）を介して第１方向Ｘで面接合された第２透光性部材６２に形成されている。本実施形態において、接合面６３は、複数の部分反射面５５のうち最も一方端５１側に位置する部分反射面５５と重なる位置にある。

ここで、第１透光性部材６１は、導光部５０に第２方向Ｚの一方側Ｚ１で重なる板状部６１０を備えており、板状部６１０は、導光部５０に対して接合面６４（第２接合面）を介して第２方向Ｚで面接合されている。このため、第１透光性部材６１と第２透光性部材６２との接合の面積が広いので、第１透光性部材６１と第２透光性部材６２との接合強度を高めることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施形態７］
図１２は、本発明の実施形態７に係る表示装置１００の導光部５０の説明図である。本実施形態においては、図２に示す導光部５０に形成された部分反射面５５は、入射角に応じて透過率および反射率が変化する特性を有している。本実施形態において、複数の部分反射面５５は、入射角が大のときには、小のときより反射率が大である。

本実施形態において、部分反射面５５が第２面５７に対して成す角度は４５°〜７０°である。また、部分反射面５５に対する入射角が小さいときには、透過率が９８％以上であり、反射率が２％以下である。これに対して、部分反射面５５に対する入射角が大きいときには、透過率が７７％であり、反射率が２３％である。このような構成によれば、表１、表２および表３を参照して説明するように、出射部５８の第１方向Ｘの各位置から出射される画像光Ｌの輝度ばらつきを小さくすることができる。より具体的には、出射部５８では、第１方向Ｘにおいて入射部４０から離間する程、画像光Ｌの出射強度が低下するが、本実施形態によれば、かかる出射強度の低下を抑制することができる。

例えば、図２に示す部分反射面５５の各間から出射される光の輝度（出射強度）を算出した場合、表１に示す結果となり、出射部５８の第１方向Ｘの各位置から出射される画像光Ｌの輝度ばらつきを小さくすることができる。表１には、図１２に示す部分反射面５５の各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅから画像光Ｌが出射されるまでの透過回数および反射回数を示してある。反射回数については、最終的には、大きな入射角で反射される。これに対して、透過は、入射角が大きい場合と小さい場合とがあり、本形態では、入射角によって部分反射面５５での透過率が異なる。従って、透過回数は、入射角が大きい場合と小さい場合とに分けてある。また、光線については、図１２に示すように、各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅのうち、第１方向Ｘの最も一方側Ｘ１から出射される光線Ｌ１１、第１方向Ｘの中央から出射される光線Ｌ１２、および第１方向Ｘの最も他方側Ｘ２から出射される光線Ｌ１３の各々について輝度を示してある。

表１から分かるように、各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅにおいて、輝度が１３．１％から２３％であり、ばらつきが小さい。また、各各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅにおける光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の輝度のばらつきが小さい。これに対して、部分反射面５５に対する入射角にかかわらず、部分反射面５５での透過率が７７％以上で反射率が２３％である場合、各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅから出射される光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の輝度は、表２に示す結果となる。表２から分かるように、各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅから出射される光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の輝度は８．１％から２３％であり、ばらつきが大きい。

また、図１２に示すように、部分反射面５５が形成されている導光部５０に対して、第２方向Ｚの他方側Ｚ２に、部分反射面５５が形成されていない透光層５９を設けた場合、部分反射面５５を透過する回数を減らすことができる。従って、部分反射面５５に対する入射角にかかわらず、部分反射面５５での透過率が７７％以上で反射率が２３％である場合、各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅから出射される光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の輝度は、表３に示す結果となる。表３から分かるように、各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅから出射される光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の輝度は１３．１％から２３％であり、ばらつきが小さい。但し、この場合には、透光層５９を設けた分、導光系３０の第２方向Ｚの厚さが厚くなる。

従って、本実施形態のように、部分反射面５５が形成されていない透光層５９（図１２参照）を設けずに、部分反射面５５が形成されている部分のみによって導光部５０を構成することにより、薄型化を図った場合でも、出射部５８において第１方向Ｘにおいて入射部４０から離間する位置から出射される画像光Ｌの輝度の差を縮めることができる。また、各各間５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅにおける光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の輝度のばらつきを小さくすることができる。さらに、部分反射面５５での無駄な反射を低減したため、ゴーストの発生に起因する表示品質の低下を抑制することができる。

［実施形態８］
実施形態７では、部分反射面５５は、部分反射面５５に対する入射角が大のときには、部分反射面５５に対する入射角が小のときより反射率が大であったが、例えば、部分反射面５５が第２面５７に対して成す角度が２５°〜４０°である場合、部分反射面５５については、部分反射面５５に対する入射角が小のときには、部分反射面５５に対する入射角が大のときより反射率が大である態様を採用してもよい。

［実施形態９］
図１３は、本発明の実施形態９に係る表示装置１００の外観の一例を模式的に示す説明図である。図１４は、図１３に示す表示装置１００を観察者に対する正面方向からみた正面図である。図１５は、図１３に示す表示装置１００を左側からみた側面図である。実施形態１に係る表示装置１００では、画像生成系２０および入射部４０を耳側に配置し、耳側から鼻側に向けて画像光Ｌを導いたが、本実施形態では、図１３、図１４および図１５に示すように、画像生成系２０および入射部４０が眼前の上方に配置されており、導光部５０が上方から下方に延在している。このため、上方から下方に向けて画像光Ｌを導いて眼に向けて出射する。このため、本実施形態では、上下方向が第１方向Ｘに相当し、前後方向が第２方向Ｚに相当し、左右方向が第３方向Ｙに相当する。また、第１方向Ｘの一方側Ｘ１は上側に相当し、第１方向Ｘの他方側Ｘ２は下側に相当する。

［他の実施形態］
上記実施形態において、導光部５０では、複数の部分反射面５５での部分反射によって出射部５８から表示光を出射する構成であったが、出射部５８に回折素子を設け、回折素子によって表示光を出射する構成の表示装置１００（表示部１０）に本発明を適用してもよい。

上記実施形態において、第１面５６または第２面５７に反射防止膜を設けてもよい。外界からの光（シースルー光）が透過する場合も、画像光Ｌが導光部５０から外部へ出射する場合も、導光部５０の界面で反射が起きるとその分ロスになる。従って、反射防止膜を設ければ、シースルー光および画像光Ｌのいずれについても、輝度を高めることができる。また、また、無用な光の戻り光を減らすことができるので、ゴーストの発生を抑制することもできる。

１０…表示部、２０…画像生成系、３０…導光系、４０…入射部、４１…入射曲面、４２…反射曲面、５０…導光部、５１…一方端、５２…他方端、５５…部分反射面、５６…第１面、５７…第２面、５８…出射部、６１…第１透光性部材、６２…第２透光性部材、６３…接合面（第１接合面）、６４…接合面（第２接合面）、６６…透光性基板、６７、６８…積層体、７０…投射レンズ系、７１…第１レンズ、７２…第２レンズ、１００…表示装置、１１０…フレーム、１１１…テンプル、４２０…金属層、６３０…段部、６３１…第１端部、６３２…第２端部、θ…入射角、Ｄ…光束、Ｅ…眼、Ｌ…画像光、Ｌ０…平行光束、Ｌ０１…第１平行光束部分、Ｌ０２…第２平行光束部分、Ｌ０ａ…第１光線、Ｌ０ｂ…第２光線、Ｌ０ｃ…中心光線、Ｌｓ…法線、Ｘ…第１方向、Ｙ…第３方向、Ｚ…第２方向、ｔ…間隔。

Claims (17)

1. 非平行光からなる画像光を出射する画像生成系と、
   入射した前記画像光を導く導光系と、
   を有し、
   前記導光系は、前記画像光が入射する入射曲面、および前記入射曲面から入射した前記画像光を前記入射曲面との間で反射させて平行光に変換する反射曲面を備えた透光性の入射部と、第１方向の一方端側が前記入射部に接続され、前記入射部から前記平行光が入射する透光性の導光部と、を備え、
   前記導光部は、前記一方端側から前記第１方向の他方端側に向けて延在する第１面と、前記第１方向と交差する第２方向の一方側で前記第１面と平行に対向する第２面と、前記入射部から前記他方端側に離間する位置に設けられた出射部と、を備え、
   前記画像生成系の同一個所から出射された前記画像光が前記入射部で平行光化された後の平行光束を、前記第１方向および前記第２方向に対して交差する第３方向からみたとき、前記導光部における前記一方端側の部分の内部が前記平行光束によって満たされていることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記平行光束を前記第３方向からみたときの光束径をＤとし、前記第１面と前記第２面との前記第２方向における間隔をｔとし、前記平行光束の前記第１面および前記第２面に対する入射角をθとしたとき、
   前記光束Ｄ、前記間隔ｔおよび前記入射角θは、下記条件式
   Ｄ＝２ｔ×Ｓｉｎθ
   を満たしていることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１または２に記載の表示装置において、
   前記平行光束を前記第３方向からみたとき、前記導光部における前記一方端側の部分では、前記平行光束の光線のうち、一方の側端部に位置する第１光線が前記第２面に入射する位置、および前記平行光束の光線のうち、他方の側端部に位置する第２光線が前記第２面に入射する位置が、前記平行光束の中心光線が前記第１面に入射する位置における法線上に位置することを特徴とする表示装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の表示装置において、
   前記入射曲面および前記反射曲面のうち、少なくとも一方は自由曲面であることを特徴とする表示装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の表示装置において、
   前記反射曲面は、反射性の金属層を備えていることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載の表示装置において、
   前記導光部には、前記第３方向からみたときに前記第２面に対する法線方向から前記一方端側に傾いた複数の部分反射面が互いに平行に前記第１方向に沿って配置されており、
   前記出射部は、前記第２面のうち、前記複数の部分反射面に前記第２方向で重なる部分であることを特徴とする表示装置。
7. 請求項６に記載の表示装置において、
   前記入射部は、第１透光性部材に形成され、
   前記導光部の少なくとも前記複数の部分反射面が形成されている部分は、前記第１透光性部材に第１接合面を介して前記第１方向で面接合された第２透光性部材に形成されていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項７に記載の表示装置において、
   前記第１接合面は、前記第２方向の他方側の第１端部が前記第２方向の前記一方側の第２端部より前記一方端側に位置していることを特徴とする表示装置。
9. 請求項７または８に記載の表示装置において、
   前記第１接合面は、前記複数の部分反射面が形成されている部分と前記入射部との間に位置することを特徴とする表示装置。
10. 請求項９に記載の表示装置において、
    前記第１接合面は、前記入射部と前記導光部の間に位置することを特徴とする表示装置。
11. 請求項９に記載の表示装置において、
    前記第１接合面は、前記複数の部分反射面のうち最も前記一方端側に位置する部分反射面と重なる位置にあることを特徴とする表示装置。
12. 請求項９に記載の表示装置において、
    前記第１接合面は、複数の段部を有していることを特徴とする表示装置。
13. 請求項７から１２までの何れか一項に記載の表示装置において、
    前記第１透光性部材は、前記導光部に前記第２方向の一方側で重なる板状部を備え、
    前記板状部は、前記導光部に対して第２接合面を介して前記第２方向で面接合されていることを特徴とする表示装置。
14. 請求項１３に記載の表示装置において、
    前記複数の部分反射面のうち、少なくとも１つの部分反射面は、反射性の金属層を含む多層膜を備えていることを特徴とする表示装置。
15. 請求項１３または１４に記載の表示装置において、
    前記複数の部分反射面は、入射する光の入射角に応じて反射率が変化する特性を有していることを特徴とする表示装置。
16. 請求項１５に記載の表示装置において、
    前記複数の部分反射面は、入射角が大のときには、入射角が小のときより反射率が大であることを特徴とする表示装置。
17. 請求項１５に記載の表示装置において、
    前記複数の反射面は、入射角が小のときには、入射角が大のときより反射率が大であることを特徴とする表示装置。