JP2018165744A - 導光装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光部の端面での反射に起因する迷光の発生を抑制することのできる導光装置、および表示装置を提供すること。【解決手段】導光系３０（導光装置）は、一方端５１側から入射した光を出射部５８に導く透光性の導光部５０を備えている。導光部５０は、第１面５６と、第１面５６と平行な第２面５７と、他方端５２側で第１面５６と第２面５７との間に位置する第３面５２０とを有している。第１面５６と第２面５７との間では、斜めに傾いた複数の部分反射面５５が配置され、第３面５２０は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。第３面５２０は、反射防止膜、光吸収層、モスアイ型の粗面等によって、導光部５０内を進行してきた画像光Ｌに対する反射防止面５２４とされている。このため、第３面５２０での反射に起因する迷光が発生しにくい。【選択図】図２

Description

本発明は、導光装置および表示装置に関するものである。

表示装置等に用いる導光装置の導光部として、画像光が入射する一方端側から他方端側に向けて延在する２つの平面（第１面および第２面）の間に、斜めに傾いた複数のハーフミラーを平行に設けた構成が提案されている（特許文献１参照）。かかる導光装置では、画像光を第１面と第２面との間で反射させて導光部内を一方端側から他方端側に向けて進行させ、ハーフミラーで観察者の眼に向けて画像光を出射する。従って、観察者に虚像を認識させることができるとともに、外界からの光を導光部を介して観察者の眼に到達させることができる。また、特許文献１では、導光部の他方端側の端部で第１面および第２面に対して直交する第３面、第１面および第２面の全てを保護層で覆うことが提案されている。

特開２０１６−１７７２３１号公報

特許文献１に記載の導光装置では、画像光を第１面と第２面との間で反射させて導光部内を進行させた際、最も他方端側に位置するハーフミラーを透過した光が第３面で反射し、迷光を発生させる。かかる迷光がハーフミラーで反射して出射されると、画像にゴーストを発生させるという問題がある。なお、特許文献１には、保護層の表面に反射防止コート層を設けることが提案されているが、かかる反射防止コート層は、導光層の第１面等にも形成されていることから、外界からの光が導光層に入射する際に反射することを防止するための層であり、ゴーストの発生を抑制するための層ではない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、導光部の端面での反射に起因する迷光の発生を抑制することのできる導光装置および表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明を適用した導光装置の一態様は、一方端側から入射した光を出射部に導く透光性の導光部を有し、前記導光部は、光が入射する前記一方端側から第１方向の他方端側に向けて延在する第１面と、前記第１面に対して前記第１方向に交差する第２方向の一方側で平行に前記第１方向に延在する第２面と、前記導光部の前記他方端側で前記第１面と前記第２面との間に位置する第３面と、前記第１面と前記第２面との間で前記第１方向に沿って配置され、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方向からみたときに、前記第２面に対する法線方向から前記一方端側に向けて同一角度で傾いた複数の部分反射面と、を有し、前記第３面は、反射防止構造を備えた面であることを特徴とする。

本発明では、光を第１面と第２面との間で反射させて導光部内を一方端側から他方端側に向けて進行させ、部分反射面で光を反射して出射する。その際、最も他方端側に位置する部分反射面を透過した光が導光部の第３面（端面）に到達した場合でも、第３面が反射防止面になっているので、第３面での反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。

本発明において、前記第３面は、前記第２方向の他方側に位置する第１縁部が前記第２方向の前記一方側に位置する第２縁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できる。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が第３面を構成することになるが、第３面が部分反射面と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。

本発明において、前記第３面は、前記複数の部分反射面と同一方向に傾いた平面であ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面の形成が容易である。この場合、前記第３面は、前記複数の部分反射面と平行である態様を採用することできる。かかる態様によれば、第３面の形成がより容易である。

本発明において、前記第３面は、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、前記第３面には、複数の段部が形成されている態様を採用してもよい。

本発明において、前記第３面は、反射防止膜で覆われている態様を採用することができる。本発明において、前記反射防止膜は、誘電体多層膜である態様を採用することができる。本発明において、前記反射防止膜は、光吸収層である態様を採用することができる。本発明において、前記反射防止膜は、誘電体多層膜および光吸収層が順に形成された複合層である態様を採用することができる。

本発明において、前記第３面は、微細な凹凸が形成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、反射性の金属層を含む多層膜によって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、前記複数の部分反射面は、入射角に応じて反射率が変化する特性であ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。

本発明を適用した表示装置の一態様は、上記の導光装置と、画像光を生成する画像生成系と、を有し、前記導光装置は、前記導光部の前記一方端側が接続された透光性の入射部を備え、前記入射部は、前記画像光が非平行光として入射する入射曲面と、前記入射曲面から入射した前記画像光を反射する反射曲面と、を備え、前記入射曲面および前記反射曲面によって前記画像光を平行光にして前記導光部に出射することを特徴とする。

本発明に係る表示装置において、前記入射部は、第１透光性部材に形成され、前記第１透光性部材は、前記第１方向で接合面を介して第２透光性部材に面接合され、前記導光部の少なくとも前記複数の部分反射面は、前記第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。

本発明に係る表示装置において、前記接合面は、前記第２方向の他方側に位置する第１端部が前記第２方向の前記一方側に位置する第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できる。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が接合面を構成することになるが、接合面が部分反射面と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。

本発明の実施形態１に係る表示装置の外観の一例を示す説明図である。 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に示す第３面を拡大して示す説明図である。 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に係る導光装置の導光部の第３面を拡大して示す説明図である。 本発明の実施形態３に係る導光装置の導光部の第３面を拡大して示す説明図である。 本発明の実施形態４に係る導光装置の導光部の第３面を拡大して示す説明図である。 本発明の実施形態５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７に係る表示装置の外観の一例を示す説明図である。 図１２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１２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とを有しており、導光系３０が本発明を適用した導光装置である。本形態において、画像生成系２０と導光系３０（導光装置）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。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とからなる２つのレンズを備えている。

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、一方端５１（一方側Ｘ１の端部）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（第１反射面）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と平行に第１方向Ｘに延在する第２面５７（第２反射面）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。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。従って、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。

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。従って、反射曲面４２と入射曲面４１とを利用して画像光Ｌを平行光化するので、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。それ故、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。

（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、他方端５２側には、第１面５６と第２面５７との間に第３面５２０を有している。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および第２面５７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、かつ等間隔に第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。

（第３面５２０での反射対策）
図４は、図２に示す第３面５２０を拡大して示す説明図である。図２を参照して説明した導光系３０において、導光部５０の第３面５２０は、導光部５０内を進行してきた画像光Ｌに対する反射防止構造を備えた反射防止面５２４として構成されている。従って、最も他方端５２側に位置する部分反射面５５を透過した光が導光部５０の第３面５２０（端面）に到達した場合でも、第３面５２０での反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。それ故、第３面５２０で反射した光が部分反射面５５で反射して観察者の眼Ｅに届くという事態が発生しにくいので、画像にゴーストが発生することを抑制することができる。

本実施形態においては、図４に示すように、第３面５２０は、第３面５２０を覆う反射防止膜５２５によって反射防止面５２４とされている。反射防止膜５２５は、例えば、誘電体多層膜５２６である。この場合、導光部５０内を進行してきた画像光Ｌは、第３面５２０で透過し、第１方向Ｘの他方側Ｘ２に出射される。

反射防止膜５２５が黒色の光吸収層５２７として構成される場合もあり、この場合、導光部５０内を進行してきた画像光Ｌは、第３面５２０の光吸収層５２７で吸収される。なお、めっき層および黒色の樹脂層を順に積層して光吸収層５２７とする場合もある。いずれの場合も、第３面５２０を粗面化した後、光吸収層５２７を形成することが好ましい。

また、反射防止膜５２５としては、誘電体多層膜５２６および光吸収層５２７を順に積層した複合層を用いてもよい。かかる態様によれば、誘電体多層膜５２６を透過した光を光吸収層５２７に吸収することができる。従って、第３面５２０を粗面化する必要がない。また、図１に示す表示装置１００を頭部に搭載した際、第３面５２０を透過した画像光Ｌの影響で、鼻の近くで第３面５２０が光ることを防止することができる。

（導光部５０内の様子）
図５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５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５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５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５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。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。

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６および図７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接続して構成する等、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、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。

（接合面６３および第３面５２０の構成）
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。本形態において、接合面６３は、部分反射面５５と同一方向に傾いた平面からなる。本実施形態において、接合面６３は、部分反射面５５と平行な平面である。

第３面５２０は、第２方向Ｚの他方側Ｚ２に位置する第１縁部５２１が第２方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する第２縁部５２２より一方端５１側に位置している。）本形態において、第３面５２０は、部分反射面５５と同一方向に傾いた平面からなる。本実施形態において、第３面５２０は、部分反射面５５と平行な平面である。

（導光部５０の製造方法）
図６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７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６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７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６８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６８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。この場合も、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６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７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６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。

ここで、接合面６３および第３面５２０は、両端に積層した透光性基板６６１、６６２によって構成される。本実施形態では、接合面６３および第３面５２０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を加工して第３面５２０を形成する場合でも、第３面５２０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。

特に本実施形態では、接合面６３および他方端５２は、部分反射面５５と平行である。このため、透光性基板６６１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。また、透光性基板６６２に対しても角度を調整するための加工を行う必要がない。

それ故、接合面６３および第３面５２０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。なお、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、第３面５２０と部分反射面５５との間隔に対応して設定される。

［実施形態２］
図８は、本発明の実施形態２に係る導光系３０の導光部５０の第３面５２０を拡大して示す説明図である。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８に示すように、本実施形態でも、実施形態１と同様、第３面５２０は、部分反射面５５と同一方向に傾いている。このため、図６および図７を参照して説明したように、導光部５０を効率よく製作することができる。本実施形態においても、実施形態１と同様、導光部５０の第３面５２０は、導光部５０内を進行してきた画像光Ｌに対する反射防止構造を備えた反射防止面５２４として構成されている。本実施形態においては、図８に示すように、第３面５２０は、微細な凹凸５２８によってモスアイ型の粗面とされた反射防止面５２４になっている。このように構成した第３面５２０によれば、最も他方端５２側に位置する部分反射面５５を透過した光が導光部５０の第３面５２０（端面）に到達した場合でも、第３面５２０での反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。それ故、第３面５２０で反射した光が部分反射面５５で反射して観察者の眼Ｅに届くという事態が発生しにくいので、画像にゴーストが発生することを抑制することができる。

［実施形態３］
図９は、本発明の実施形態３に係る導光系３０の導光部５０の第３面５２０を拡大して示す説明図である。実施形態１では、第３面５２０が部分反射面５５と同一方向に傾いた平面であったが、本実施形態では、図９に示すように、第３面５２０には、段部５２９が形成されている。この場合でも、第３面５２０は、部分反射面５５と同一方向に傾いており、第３面５２０では、第２方向Ｚの他方側Ｚ２に位置する第１縁部５２１が第２方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する第２縁部５２２より一方端５１側に位置する。このため、図６および図７を参照して説明したように、導光部５０を製作する際、過度に厚い透光性基板６６２を用いる必要がない。

本実施形態においても、実施形態１と同様、導光部５０の第３面５２０は、反射防止膜５２５によって、導光部５０内を進行してきた画像光Ｌに対する反射防止構造を備えた反射防止面５２４として構成されている。なお、第３面５２０を、図８を参照して説明した微細な凹凸５２８によってモスアイ型の粗面にしてもよい。このように構成した第３面５２０によれば、最も他方端５２側に位置する部分反射面５５を透過した光が導光部５０の第３面５２０（端面）に到達した場合でも、第３面５２０での反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。それ故、第３面５２０で反射した光が部分反射面５５で反射して観察者の眼Ｅに届くという事態が発生しにくいので、画像にゴーストが発生することを抑制することができる。

［実施形態４］
図１０は、本発明の実施形態４に係る導光系３０の導光部５０の第３面５２０を拡大して示す説明図である。実施形態１では、第３面５２０が平面であったが、本実施形態では、図１０に示すように、第３面５２０は、曲面によって構成された反射防止構造を備えた反射防止面５２４になっている。図１０には、第３面５２０が凸曲面に形成されているが、第３面５２０は凹曲面であってもよい。また、第３面５２０は自由曲面であってもよい。いずれの場合も、第３面５２０に到達した光では、第３面５２０に対する入射角が小さい光線が占める割合が多いので、第３面５２０での反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。また、第３面５２０が曲面であることから、第３面５２０で反射した光が部分反射面５５で反射して観察者の眼Ｅに届くという事態が発生しにくい。それ故、画像にゴーストが発生することを抑制することができる。

第３面５２０については、実施形態１で説明した反射防止膜５２５や光吸収層５２７によって反射防止面５２４になっている構成や、誘電体多層膜５２６および光吸収層５２７を順に積層した複合層によって反射防止面５２４になっている構成を採用してもよい。また、第３面５２０については、実施形態２で説明した微細な凹凸５２８によってモスアイ型の粗面とされた反射防止面５２４になっている構成を採用してもよい。

なお、本実施形態でも、第３面５２０の第２方向Ｚの他方側Ｚ２に位置する第１縁部５２１が第２方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する第２縁部５２２より一方端５１側に位置する。このため、図６および図７を参照して説明したように、導光部５０を製作する際、過度に厚い透光性基板６６２を用いる必要がない。

［実施形態５］
図１１は、本発明の実施形態５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１１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１１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１１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１１参照）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６］
実施形態５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７］
図１２は、本発明の実施形態７に係る表示装置１００の外観の一例を示す説明図である。図１３は、図１２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１４は、図１２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１２、図１３および図１４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。

［他の実施の形態］
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（導光装置）、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、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、５２０…第３面（端面）、５２１…第１縁部、５２２…第２縁部、５２４…反射防止面、５２５…反射防止膜、５２６…誘電体多層膜、５２７…光吸収層、５２８…凹凸、５２９…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 (16)

1. 一方端側から入射した光を出射部に導く透光性の導光部を有し、
   前記導光部は、
   光が入射する前記一方端側から第１方向の他方端側に向けて延在する第１面と、
   前記第１面に対して前記第１方向に交差する第２方向の一方側で平行に前記第１方向に延在する第２面と、
   前記導光部の前記他方端側で前記第１面と前記第２面との間に位置する第３面と、
   前記第１面と前記第２面との間で前記第１方向に沿って配置され、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方向からみたときに、前記第２面に対する法線方向から前記一方端側に向けて同一角度で傾いた複数の部分反射面と、
   を有し、
   前記第３面は、反射防止構造を備えた面であることを特徴とする導光装置。
2. 請求項１に記載の導光装置において、
   前記第３面は、前記第２方向の他方側に位置する第１縁部が前記第２方向の前記一方側に位置する第２縁部より前記一方端側に位置していることを特徴とする導光装置。
3. 請求項２に記載の導光装置において、
   前記第３面は、前記複数の部分反射面と同一方向に傾いた平面であることを特徴とする導光装置。
4. 請求項３に記載の導光装置において、
   前記第３面は、前記複数の部分反射面と平行であることを特徴とする導光装置。
5. 請求項２に記載の導光装置において、
   前記第３面は、曲面であることを特徴とする導光装置。
6. 請求項２に記載の導光装置において、
   前記第３面には、複数の段部が形成されていることを特徴とする導光装置。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の導光装置において、
   前記第３面は、反射防止膜で覆われていることを特徴とする導光装置。
8. 請求項７に記載の導光装置において、
   前記反射防止膜は、誘電体多層膜であることを特徴とする導光装置。
9. 請求項７に記載の導光装置において、
   前記反射防止膜は、光吸収層であることを特徴とする導光装置。
10. 請求項７に記載の導光装置において、
    前記反射防止膜は、誘電体多層膜および光吸収層が順に形成された複合層であることを特徴とする導光装置。
11. 請求項１から６までの何れか一項に記載の導光装置において、
    前記第３面は、微細な凹凸が形成されていることを特徴とする導光装置。
12. 請求項１から１１までの何れか一項に記載の導光装置において、
    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導光装置。
13. 請求項１から１２までの何れか一項に記載の導光装置において、
    前記複数の部分反射面は、入射角に応じて反射率が変化する特性であることを特徴とする導光装置。
14. 請求項１から１３までの何れか一項に記載の導光装置と、
    画像光を生成する画像生成系と、を有し、
    前記導光装置は、前記導光部の前記一方端側が接続された透光性の入射部を備え、
    前記入射部は、前記画像光が非平行光として入射する入射曲面と、前記入射曲面から入射した前記画像光を反射する反射曲面と、を備え、前記入射曲面および前記反射曲面によって前記画像光を平行光にして前記導光部に出射することを特徴とする表示装置。
15. 請求項１４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、
    前記第１透光性部材は、前記第１方向で接合面を介して第２透光性部材に面接合され、
    前記導光部の少なくとも前記複数の部分反射面は、前記第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。
16. 請求項１５に記載の表示装置において、
    前記接合面は、前記第２方向の他方側に位置する第１端部が前記第２方向の前記一方側に位置する第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。