JP2022083788A - 表示モジュール、虚像表示装置、および導光光学装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不要光を良好に除去できる、表示モジュール、虚像表示装置、および導光光学装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の表示モジュールは、表示素子と、表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置と、を備え、導光光学装置は、第１光学面と、第２光学面と、第１光学面に形成される第１遮光部と、第２光学面に形成される第２遮光部と、を含む軸外し光学系であり、第１遮光部は、第１開口を介して第１光学面の一部を露出させ、第２遮光部は、第２開口を介して第２光学面の一部を露出させており、第１開口および第２開口は互いに異なる形状を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、表示モジュール、虚像表示装置、および導光光学装置の製造方法に関する。

下記特許文献１には、光学系を構成するプリズム部材の入射面に開口制限手段を設けることで不要光を除去するようにしたヘッドマウントディスプレイが開示されている。

特開２０１６－９０９１０号公報

上記文献では、軸対称性を有する光学系において開口制限手段を用いるため、開口制限手段の開口形状は軸対称性を有している。
軸対称性を有しない光学系では、各画像光の主光線が重なる場所において各画像光の光束幅に差が生じる。そのため、例えば、軸対称性を有しない光学系に上記文献の開口制限手段を用いた場合、不要光として遮光すべき光の一部が軸対称性を有する開口部を通過してしまい、不要光を十分に除去することが難しい。

本発明の１つの態様によれば、表示素子と、前記表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置と、を備え、前記導光光学装置は、第１光学面と、第２光学面と、前記第１光学面に形成される第１遮光部と、前記第２光学面に形成される第２遮光部と、を含む軸外し光学系であり、前記第１遮光部は、第１開口を介して前記第１光学面の一部を露出させ、前記第２遮光部は、第２開口を介して前記第２光学面の一部を露出させており、前記第１開口および前記第２開口は互いに異なる形状を有していることを特徴とする表示モジュールが提供される。

本発明の１つの態様によれば、上記態様の表示モジュールを備える虚像表示装置が提供される。

本発明の１つの態様によれば、表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置の製造方法であって、光学部材の光学面上の一部にマスクを形成する工程と、前記光学部材の前記光学面のうち前記マスクを形成しない領域に遮光部を形成する工程と、前記遮光部を形成した前記光学部材から前記マスクを剥離する工程と、備え、前記マスクの形成工程では、前記光学部材を支持する支持部材を用いて、マスク形成用部材を前記光学面上に位置決めした後、前記マスク形成用部材上にマスク形成材料を塗布する塗布工程と、前記光学面上から前記マスク形成部材を除去することで、前記マスク形成部材の開口部に対応した位置に前記マスクを形成する除去工程と、を含むことを特徴とする導光光学装置の製造方法が提供される。

本発明の１つの態様によれば、表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置の製造方法であって、光学部材の光学面上にカバー部材を配置し、前記光学面の一部を覆うカバー工程と、前記光学部材の前記光学面の所定領域に遮光部を形成する遮光工程と、前記遮光部を形成した前記光学部材から前記カバー部材を取り外す取り外し工程と、備え、前記カバー工程では、前記カバー部材として、枠状のベース部と、前記光学面を覆い、前記ベース部の内側に位置するカバー部と、前記光学面に対して隙間を生じさせた状態で前記ベース部および前記カバー部材を連結する連結部と、を有する部材を用い、前記遮光工程では、前記光学部材を支持する支持部材を用いて、前記カバー部材を前記光学面上に位置決めした後、前記光学面のうち前記カバー部材で覆われない前記所定領域に遮光性塗膜を形成することを特徴とする導光光学装置の製造方法が提供される。

第１実施形態の虚像表示装置の装着状態を示す外観斜視図である。 虚像表示装置の縦断面図である。 虚像表示装置の内部構造を示す縦断面図である。 投射レンズの入射面の平面図である。 投射レンズの射出面の平面図である。 導光光学系の製造方法の一例を示す工程図である。 第２実施形態の表示モジュールの内部構造を示す断面図である。 第２実施形態におけるプリズムの入射面の平面図である。 第２実施形態におけるプリズムの射出面の平面図である。 第２実施形態におけるプリズムの内反射面の平面図である。 第２実施形態における導光光学系の製造方法の一例を示す工程図である。 第１変形例に係る導光光学系の構成を示す図である。 第２変形例に係る導光光学系の構成を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度や角度を実際とは異ならせている。

図１は、本実施形態の虚像表示装置の装着状態を示す外観斜視図である。図２は、虚像表示装置の縦断面図である。図３は、虚像表示装置の内部構造を示す縦断面図である。
図１および図２に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であり、これを装着する使用者または使用者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。図１および図２において、Ｘ、Ｙ、およびＺは、直交座標系である。＋Ｘ方向は、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳの両眼の並ぶ方向に対応し、本明細書では横方向と定義する。＋Ｙ方向は、使用者ＵＳにとっての両眼の並ぶ横方向に直交する上方向に対応し、＋Ｚ方向は、使用者ＵＳにとっての前方向または正面方向に対応する。

虚像表示装置１００は、右眼に対して虚像を形成する第１表示モジュール１０１Ａと、左眼に対して虚像を形成する第２表示モジュール１０１Ｂと、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとを支持するテンプル状のテンプル部材１０１Ｃと、を備える。すなわち、虚像表示装置１００において、第１表示モジュール１０１Ａおよび第２表示モジュール１０１Ｂは横方向に並んで配置されている。

第１表示モジュール１０１Ａは、上部に配置される光学ユニット１０２と、メガネレンズ状で全体を覆う外観部材１０３と、を含む。第２表示モジュール１０１Ｂは、第１表示モジュール１０１Ａと同様、上部に配置される光学ユニット１０２と、メガネレンズ状で全体を覆う外観部材１０３と、を含む。テンプル部材１０１Ｃは、外観部材１０３の背後に配置された不図示の部材によって、第１表示モジュール１０１Ａと第２表示モジュール１０１Ｂとを外観部材１０３の上端側において支持している。第２表示モジュール１０１Ｂは、第１表示モジュール１０１Ａと同様の構造を有するため、以下では、第１表示モジュール１０１Ａを例に挙げて説明し、第２表示モジュール１０１Ｂについては説明を省略する。以下の説明では、第１表示モジュール１０１Ａを単に表示モジュール１０１と称する。

図２および図３に示すように、表示モジュール１０１は、表示素子１０と、導光光学系（導光光学装置）１２と、を備える。

表示素子１０は、例えば有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、無機ＥＬ素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、有機ＬＥＤ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型の表示デバイスで構成される。表示素子１０は、２次元の画像射出面１０ａにカラーの静止画または動画を形成する。表示素子１０は、不図示の駆動制御回路に駆動されて表示動作を行う。

表示素子１０として有機ＥＬディスプレイまたは表示器を用いる場合、有機ＥＬ制御部を備える構成とする。表示素子１０として量子ドット発光型ディスプレイを用いる場合、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を量子ドットフィルムに照射することにより、緑や赤の色光を射出する構成とする。表示素子１０は、自発光型の表示素子に限らず、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、またはその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライト等の光源によって照明することにより画像を形成するものであってもよい。表示素子１０には、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣＯＳは登録商標）、デジタルマイクロミラーデバイス等を用いることもできる。

導光光学系１２は、表示素子１０から射出される画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに導く観点で導光光学装置と称することもある。導光光学系１２は、投射レンズ（第１光学部材）２１と、プリズム２２と、シースルーミラー２３と、第１遮光部２４と、第２遮光部２５と、を備える。第１遮光部２４および第２遮光部２５の詳細については後述する。

図３に示すように、投射レンズ２１は、表示素子１０から射出された画像光ＭＬを平行光束に近い状態に集光する。投射レンズ２１は、図示の例では単レンズであり、入射面（第１光学面）２１ａと、射出面（第２光学面）２１ｂと、を有する。なお、投射レンズ２１は、複数枚のレンズで構成されていてもよい。本実施形態において、表示素子１０は投射レンズ２１の前方向（＋Ｚ方向）に配置されている。

プリズム２２は、入射面２２ａと、内反射面２２ｂと、射出面２２ｃと、を有する。プリズム２２は、投射レンズ２１から射出された画像光ＭＬを入射面２２ａにおいて屈折させつつ入射させ、内反射面２２ｂで全反射させ、射出面２２ｃから屈折させつつ射出させる。プリズム２２は、シースルーミラー２３の上方向（＋Ｙ方向）に位置する。シースルーミラー２３は、プリズム２２から射出された画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて反射させて射出瞳ＳＰを形成する。射出瞳ＳＰが形成される位置を瞳位置ＰＰと称する。瞳位置ＰＰには、画像射出面１０ａ上の各点からの画像光が所定の発散状態または平行状態で画像射出面１０ａ上の各点の位置に対応する角度方向から重畳するように入射する。画像光は眼ＥＹの網膜ＥＭ上で結像する。本実施形態の導光光学系１２においては、例えば、ＦＯＶ（field of view）が４４°となっている。導光光学系１２による虚像の表示領域は矩形であり、上記４４°は対角方向における角度である。

投射レンズ２１とプリズム２２とは、表示素子１０とともにケース５１に収納されている。ケース５１は、遮光性の材料で形成され、表示素子１０を動作させる不図示の駆動回路を内蔵している。ケース５１は開口５１ａを有しており、開口５１ａはプリズム２２からシースルーミラー２３に向かう画像光ＭＬがケース５１に干渉しないサイズを有する。ケース５１の開口５１ａは、光透過性を有する保護カバー５２で覆われている。保護カバー５２は、光学的なパワーを有しておらず、画像光ＭＬを減衰させることなく通過させる樹脂等の材料で形成される。保護カバー５２により、ケース５１内の収納空間を密閉状態とすることができ、防塵、防露、光学面への接触防止等の機能を高めることができる。すなわち、保護カバー５２はケース５１における防塵部材としての機能を有する。

ケース５１に対しては、支持板５４を介してシースルーミラー２３が支持されている。ケース５１または支持板５４は、図１に示すテンプル部材１０１Ｃに支持されており、支持板５４とシースルーミラー２３とによって外観部材１０３が構成されている。

本実施形態の導光光学系１２は、軸外し光学系で構成され、投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３は、軸外し系を形成するように配置されている。ここで、軸外し光学系とは、導光光学系１２を構成する投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３において、少なくとも１つの反射面または屈折面への光線の入射の前後で光路が全体として折れ曲がることを意味する。すなわち軸外し系である導光光学系１２においては、紙面に対応する軸外し面ＳＯに沿って光軸ＡＸが延びるように光軸ＡＸの折り曲げが行われている。

すなわち、本実施形態の導光光学系１２では、軸外し面ＳＯ内で光軸ＡＸの折り曲げを行うことにより、軸外し面ＳＯに沿って投射レンズ２１、プリズム２２、およびシースルーミラー２３が配列されている。軸外し面ＳＯは、軸外し系に多段階で非対称性を生じさせている面となっている。本明細書において、光軸ＡＸは、表示素子１０の画像射出面１０ａの中心から射出される画像光の主光線の光路に沿って延び、アイポイントに相当するアイリングＥＲまたは瞳の中心を通る軸と定義する。すなわち、光軸ＡＸが配置される軸外し面ＳＯは、ＹＺ面に平行であり、表示素子１０の中心と、アイポイントに相当するアイリングＥＲの中心とを通る。光軸ＡＸは、横断面で見た場合、Ｚ字状の配置となっている。すなわち、軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１と、内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２と、シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３とが、Ｚ字状に２回折り返される配置となっている。

導光光学系１２のうち、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１は、正面方向（Ｚ方向）において表示素子１０側からプリズム２２側に向かうにつれて上に向かうように傾いた配置となっている。ここで、正面方向とは、使用者の眼が真正面を向いた際の視線方向を意味する。すなわち、光路Ｐ１において、光軸ＡＸは、Ｚ方向または正面方向に対して略平行に延びている。投射レンズ２１は、Ｚ方向または正面方向に関して、プリズム２２と表示素子１０とに挟まれる位置に配置されている。この場合、上述のようにプリズム２２から表示素子１０にかけての光路Ｐ１はプリズム２２側が上になるように傾いている。光路Ｐ１における光軸ＡＸの向きは、Ｚ方向に沿って下向きを負、上向きを正として、平均的に－３０°～＋３０°程度の範囲内に収めることが望ましい。光路Ｐ１の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き－３０°以上の状態とすることで、投射レンズ２１または表示素子１０がシースルーミラー２３と干渉することを回避できる。また、光路Ｐ１の光軸ＡＸがＺ方向に向かって上向き＋３０°以下の状態とすることで、投射レンズ２１や表示素子１０が上部に突起して外観上目立つものとなることが抑えられる。

内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２において、光軸ＡＸは、Ｚ方向に沿って下向きを負、上向きを正として、平均的に－７０°～－４５°程度の範囲内に収めることが望ましい。光路Ｐ２の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き－７０°以上の状態とすることで、シースルーミラー２３の全体的傾斜が過度に大きくなることを回避できる。また、光路Ｐ２の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き－４５°以下の状態とすることで、プリズム２２がシースルーミラー２３に対して－Ｚ方向または背面方向に大きく突出する配置になることを回避でき、導光光学系１２の厚みが増すことを回避することができる。

シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３は、正面方向（Ｚ方向）においてシースルーミラー２３側から眼ＥＹ側に向かうにつれて上に向かうように傾いた配置となっている。図示の例では、光軸ＡＸは、Ｚ方向に沿って下向きを負として、－１０°程度となっている。これは、人間の視線が水平方向より下側に約１０°傾いた若干の伏し目状態で安定するためである。

なお、本実施形態の虚像表示装置１００において、瞳位置ＰＰに対して水平方向の中心軸は、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳが直立姿勢でリラックスして正面に向いて水平方向または水平線を注視した場合を想定している。虚像表示装置１００を装着する個々の使用者ＵＳの眼の配置、耳の配置等を含む頭部の形状や姿勢は、様々であるが、使用者ＵＳの平均的な頭部形状または頭部姿勢を想定することで、着目する虚像表示装置１００について、平均的な中心軸を設定することができる。本実施形態の虚像表示装置１００の場合、プリズム２２の内反射面２２ｂにおいて、光軸ＡＸに沿った光線の反射角は、１０°～６０°程度とされる。また、シースルーミラー２３において、光軸ＡＸに沿った光線の反射角は、２０°～４５°程度とされる。

主光線の光路Ｐ２および光路Ｐ３に関して、シースルーミラー２３とプリズム２２との間の第１距離は、シースルーミラー２３と瞳位置ＰＰとの間の第２距離以下に設定されている。この場合、プリズム２２がシースルーミラー２３の周囲、すなわち上方に突出する突出量を抑えることができる。ここで、第１距離および第２距離は、光軸ＡＸに沿った距離とする。シースルーミラー２３の内側において光路Ｐ２，Ｐ３上に他の光学要素が追加される場合、追加された光学要素を光路長または光学的距離に換算して第１距離および第２距離の値を決定すればよい。

本実施形態の導光光学系１２においては、Ｙ方向に関して、瞳位置ＰＰの中心を基準として、縦方向の最も上側を通る光線の位置が３０ｍｍ以下とすることが望ましい。このような範囲に光線を収めることで、投射レンズ２１または表示素子１０が上方向または＋Ｙ方向にはみ出して配置されることを回避することができる。これにより、投射レンズ２１または表示素子１０が眉の上方に張り出す量を抑えてデザイン性を確保することができる。すなわち、表示素子１０、投射レンズ２１、およびプリズム２２を含む光学ユニット１０２を小型化できる。

また、本実施形態の導光光学系１２においては、正面方向またはＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１０にかけての全光線の位置が１３ｍｍ以上に設定されている。このような範囲に光線を収めることで、特にシースルーミラー２３を瞳位置ＰＰに対して正面方向または＋Ｚ方向に十分離して配置することができる。

また、本実施形態の導光光学系１２においては、正面方向またはＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１０にかけての全光線の位置が４０ｍｍ以下に設定されている。このような範囲に光線を収めることで、特にシースルーミラー２３を瞳位置ＰＰに対して正面方向または＋Ｚ方向に過度に離れないように配置することができる。これにより、シースルーミラー２３、表示素子１０等の前方への突出が抑えられ、デザイン性を確保しやすくなる。プリズム２２の下端については、縦方向またはＹ方向に関して、瞳位置ＰＰの中心を基準として、１０ｍｍ以上の位置に配置される。これにより、例えば上向き２０°といったシースルー時の視野の確保が容易になる。

本実施形態の導光光学系１２において、投射レンズ２１を構成する光学面である入射面２１ａおよび射出面２１ｂの形状は、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって、光軸ＡＸと直交する方向に関して光軸ＡＸを挟んで非対称性（非軸対称性）を有し、横方向（Ｘ方向）に関して光軸ＡＸを挟んで対称性（軸対称性）を有する。

投射レンズ２１は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。投射レンズ２１の入射面２１ａおよび射出面２１ｂのそれぞれは、例えば自由曲面で構成されている。なお、入射面２１ａと射出面２１ｂとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。投射レンズ２１において、入射面２１ａと射出面２１ｂとを自由曲面または非球面とすることにより、収差の低減を図っている。特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系または非共軸光学系である導光光学系１２の収差を低減し易くなる。なお、自由曲面は、回転対称軸を持たない面であり、自由曲面の面関数としては、各種多項式を用いることができる。また、非球面は、回転対称軸を持つ面であるが、放物面や多項式で表される球面以外の面である。詳細な説明は省略するが、入射面２１ａおよび射出面２１ｂ上には、反射防止膜が形成されている。

そのため、投射レンズ２１において軸外し系としての導光光学系１２の偏心を部分的に補償することができ、諸収差の改善に寄与する。また、入射面２１ａと射出面２１ｂとの相対的な傾きにより、投射レンズ２１の色収差を部分的に補償するようにしている。

プリズム２２は、ミラーとレンズとを複合させた機能を有する屈折反射光学部材である。したがって、プリズム２２は、投射レンズ２１から射出される画像光ＭＬを屈折させつつ反射する。より詳細には、プリズム２２において、画像光ＭＬは、屈折面である入射面２２ａを経て内部に入射し、反射面である内反射面２２ｂによって非正反射方向に全反射され、屈折面である射出面２２ｃを経て外部に射出される。

入射面２２ａと射出面２２ｃとは、曲面からなる光学面であり、反射面のみの場合、または入射面２２ａおよび射出面２２ｃを平面とした場合に比較して解像度の向上に寄与する。プリズム２２を構成する光学面である入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃは、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって、光軸ＡＸと交差する縦方向に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、横方向（Ｘ方向）に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。プリズム２２は、物理的な外形だけでなく、光学的な有効領域に関しても、縦方向またはＹ方向の縦幅より横方向またはＸ方向の横幅が大きい。これにより、横方向またはＹ方向の画角を大きくすることができる。また、眼ＥＹの移動が横に大きいことに対応して、視線が横方向に大きく変化しても画像を視認することができる。

プリズム２２は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。プリズム２２の本体の屈折率は、画像光ＭＬの反射角を参酌して内面での全反射が達成されるような値に設定されている。プリズム２２の本体の屈折率やアッべ数は、投射レンズ２１との関係も考慮して設定されることが望ましい。特にプリズム２２または投射レンズ２１のアッベ数を大きくすることにより、色分散を少なくすることができる。

プリズム２２の光学面、すなわち入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃのそれぞれは、例えば自由曲面で構成されている。なお、入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃのそれぞれは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。プリズム２２において、入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、および射出面２２ｃのそれぞれを自由曲面または非球面とすることにより、収差を低減することができる。特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系または非共軸光学系である導光光学系１２の収差を低減することが容易になり、解像度を向上させることができる。内反射面２２ｂについては、全反射によって画像光ＭＬを反射するものに限らず、金属膜または誘電体多層膜からなる反射面とすることもできる。この場合、内反射面２２ｂ上に、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属で形成された単層膜または多層膜からなる反射膜を蒸着等によって成膜する、あるいは金属で形成されたシート状の反射膜を貼り付ける。詳細な説明は省略するが、入射面２２ａおよび射出面２２ｃ上には、反射防止膜が形成されている。

プリズム２２は、入射面２２ａと内反射面２２ｂと射出面２２ｃとを射出成形によって一括して形成されるため、部品点数が少なくなり、３面の相互位置についても、比較的安価に例えば２０μｍ以下といったレベルで高精度化することができる。

シースルーミラー２３は、凹の表面ミラーとして機能する板状の光学部材であり、プリズム２２から射出される画像光ＭＬを反射する。シースルーミラー２３は、眼ＥＹまたは瞳孔が配置される瞳位置ＰＰを覆うとともに瞳位置ＰＰから見て凹形状を有する。シースルーミラー２３は、板状体２３ｂの一方の表面上にミラー膜からなる反射面２３ａを形成した構造を有する。

シースルーミラー２３の反射面２３ａの形状は、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって、光軸ＡＸと交差する縦方向に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、横方向またはＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、例えば自由曲面で構成されている。なお、反射面２３ａは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。シースルーミラー２３を自由曲面または非球面とすることにより、収差の低減を図っている。特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系または非共軸光学系である導光光学系１２の収差を低減し易くなる。

シースルーミラー２３は、反射面２３ａが自由曲面および非球面のいずれである場合においても、曲面式の原点がシースルーミラー２３の有効領域よりも投射レンズ２１側または表示素子１０側にシフトした形状を有する。この場合、光学系の設計に過度の負担を掛けることなく、Ｚ字状の光路を実現するシースルーミラーの傾斜面を設計することができる。

シースルーミラー２３は、シースルーミラー２３に入射した光の一部を反射させ、他の一部の光を透過させる透過型の反射素子である。したがって、シースルーミラー２３の反射面２３ａは、半透過性を有する。これにより、外界光ＯＬがシースルーミラー２３を通過するため、外界のシースルー視が可能になり、使用者は外界像に虚像が重なった状態を視認することができる。

シースルーミラー２３の板状体２３ｂを数ｍｍ程度以下に薄くすることにより、外界像の倍率変化を小さく抑えることができる。反射面２３ａの画像光ＭＬや外界光ＯＬに対する反射率は、画像光ＭＬの輝度の確保、またはシースルーによる外界像の観察を容易にする観点から、想定される画像光ＭＬの入射角範囲において１０％以上、５０％以下とすることが望ましい。

シースルーミラー２３の基材である板状体２３ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。板状体２３ｂは、板状体２３ｂを周囲から支持する支持板５４と同一の材料で形成され、支持板５４と同一の厚みを有する。反射面２３ａは、例えば膜厚を調整した複数の誘電体層からなる誘電体多層膜で形成される。反射面２３ａは、膜厚を調整したＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜または多層膜で構成されていてもよい。反射面２３ａは、上記の膜を積層することによって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。

本実施形態の導光光学系１２は、軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１とプリズム２２の内反射面２２ｂとの間であって投射レンズ２１および内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に、中間瞳ＩＰを形成する。より具体的には、中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａの位置又はその近傍に形成する。例えば、中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａに対して内反射面２２ｂ側に配置される。この場合、中間瞳ＩＰの位置は、内反射面２２ｂよりも入射面２２ａに近い状態とされる。中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａに対して投射レンズ２１側に配置されてもよい。この場合、中間瞳ＩＰの位置は、投射レンズ２１の射出面２１ｂよりも入射面２２ａに近い状態とされる。中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａと交差するものであってもよい。中間瞳ＩＰは、表示素子１０の画像射出面１０ａ上の各点からの画像光の主光線が集まる位置に相当し、アイリングＥＲ又は瞳位置ＰＰの共役点に対応する。

中間像ＩＭは、プリズム２２とシースルーミラー２３との間に形成されている。中間像ＩＭは、シースルーミラー２３よりもプリズム２２の近くに形成される。中間像ＩＭは、アイリングＥＲよりも光路上流であって表示素子１０の画像射出面１０ａに対して共役な位置に形成される実像である。

ここで、表示素子１０の画像射出面１０ａの各画素から画像光はランバート発光されるため、各画像光は所定の角度分布を有している。画像光の一部が迷光として導光光学系１２内の所定の光路と異なる経路を通って瞳位置ＰＰに入射するとゴースト等の使用者ＵＳに視認される画像を低下させる要因となる。そこで、ゴースト等の要因となる不要光を予め遮光し、瞳位置ＰＰに入射させないようにすることで、使用者ＵＳに良質な画像を視認させることが可能となる。例えば、中間瞳ＩＰの位置又はその近傍に絞り部材（開口絞り）を配置することが考えられる。本実施形態の導光光学系１２では、中間瞳ＩＰの一部がプリズム２２内に配置されるため、絞り部材を中間瞳ＩＰに配置することが難しい。

本実施形態の導光光学系１２では、中間瞳ＩＰの近傍に絞り部材を設けることに代えて、表示素子１０から射出された画像光ＭＬの光路上に位置する光学部材の光学面に遮光性塗料を塗布することで遮光部を形成し、画像光ＭＬに含まれる不要光を遮光するようにした。

図３では、画像射出面１０ａ上の３点から射出された画像光ＭＬを示している。図３において、最も上側（＋Ｙ側）に位置する画像光ＭＬを上段画像光ＭＬ１と称す。また、図３において、最も下側（－Ｙ側）に位置する画像光ＭＬを下段画像光ＭＬ３と称す。また、図３において、上段画像光ＭＬ１および下段画像光ＭＬ３の間に位置する画像光ＭＬを中段画像光ＭＬ２と称す。

本実施形態の場合、導光光学系１２が軸外し光学系であるため、画像射出面１０ａの各画素から射出されて、軸外し面ＳＯ内の中間瞳ＩＰに集まった上段画像光ＭＬ１、中段画像光ＭＬ２および下段画像光ＭＬ３の光束幅に差が生じる。

本実施形態において、例えば、上段画像光ＭＬ１における瞳位置ＰＰまでの光路長は、下段画像光ＭＬ３における瞳位置ＰＰまでの光路長よりも短いため、上段画像光ＭＬ１は下段画像光ＭＬ３に比べて光束幅を拡げるように導光させる必要がある。そのため、中間瞳ＩＰにおいて、上段画像光ＭＬ１の光束幅は下段画像光ＭＬ３の光束幅よりも大きくなる。

したがって、本実施形態の導光光学系１２のような軸外し光学系を用いる場合、１つの光学面に遮光部を形成するのみでは不要光を十分に遮光することが難しい。
これに対して本実施形態の導光光学系１２では、投射レンズ２１の２つの光学面である入射面２１ａおよび射出面２１ｂに第１遮光部２４および第２遮光部２５を形成することで、導光光学系１２を経由して瞳位置ＰＰに入射する不要光を遮光するようにした。

以下、第１遮光部２４および第２遮光部２５の構成について説明する。
図４は投射レンズ２１の入射面２１ａを光軸ＡＸに沿う法線方向から視た平面図である。図５は投射レンズ２１の射出面２１ｂを光軸ＡＸに沿う法線方向から視た平面図である。

なお、図４および図５では、図３に示した上段画像光ＭＬ１、中段画像光ＭＬ２および下段画像光ＭＬ３をそれぞれ区別して異なる線種で示し、これら上段画像光ＭＬ１、中段画像光ＭＬ２および下段画像光ＭＬ３を射出した画素の周辺画素から射出された他の画像光ＭＬを同じ線種で示した。
以下、図４および図５内において各部材の配置関係を説明するに際し、便宜上、各図内での上方を上側、各図内での下方を下側と呼ぶ場合もある。

図３および図４に示すように、第１遮光部２４は、入射面２１ａに形成される。第１遮光部２４は、第１開口２４１を介して入射面２１ａの一部を露出させる。第１遮光部２４は、入射面２１ａに塗布された遮光性塗膜により形成される。本実施形態の場合、入射面２１ａにおける第１遮光部２４の形成領域には微小な凹凸形状部６２（図６参照）が形成されている。これにより、第１遮光部２４を構成する遮光性塗膜６３（図６参照）が凹凸形状部６２を介して入射面２１ａに良好に密着した状態とされる。

第１遮光部２４の第１開口２４１の形状は入射面２１ａの有効領域に対応して形成される。ここで、有効領域とは、入射面２１ａの全領域のうち、入射した各画像光を瞳位置ＰＰまで迷光ではなく有効な光として導くことが可能な所定の領域を意味する。つまり、有効領域の外側に入射した画像光は瞳位置ＰＰに迷光として入射するおそれのある不要な光（不要光）となる。

第１開口２４１は、軸外し面ＳＯ内にあって、導光光学系１２の光軸ＡＸに直交する第１方向（図４の上下方向）に関して光軸ＡＸを挟んで非対称な形状を有し、第１方向に直交する第２方向（図４の左右方向）に関して軸外し面ＳＯを挟んで対称な形状を有する。すなわち、第１開口２４１の開口形状は上下方向において非対称性を有し、左右方向において対称性を有している。つまり、第１開口２４１の開口形状は軸対称性を有しない。

本実施形態の第１遮光部２４は、入射面２１ａの有効領域外に入射する成分をカットし、第１開口２４１を介して入射面２１ａの有効領域に入射した成分を透過させることができる。これにより、画像光ＭＬに含まれる不要光をカットすることができる。

図３および図５に示すように、第２遮光部２５は、射出面２１ｂに形成される。第２遮光部２５は、第２開口２５１を介して射出面２１ｂの一部を露出させる。第２遮光部２５の第２開口２５１は射出面２１ｂの有効領域に対応して形成される。第２遮光部２５は、射出面２１ｂに塗布された遮光性塗膜により形成される。本実施形態の場合、射出面２１ｂにおける第２遮光部２５の形成領域には微小な凹凸形状が形成されている。これにより、第２遮光部２５を構成する遮光性塗膜が凹凸形状を介して射出面２１ｂに良好に密着している。

第１開口２４１と同様、第２開口２５１の開口形状は図５の上下方向において非対称性を有し、図５の左右方向において対称性を有している。つまり、第２開口２５１の開口形状は軸対称性を有しない。

上述のように本実施形態の導光光学系１２は軸対称性を有しない軸外し光学系であるため、射出面２１ｂの有効領域の形状と入射面２１ａの有効領域の形状とが異なる。したがって、第１開口２４１および第２開口２５１は互いに異なる形状を有している。

また、投射レンズ２１の入射面２１ａに入射した光は収束された状態で射出面２１ｂから射出されるため、射出面２１ｂ上における各画像光ＭＬの位置は入射面２１ａ上における各画像光の位置よりも互いに近づく。そのため、第２開口２５１の開口面積は、第１開口２４１の開口面積よりも小さくなっている。

本実施形態の第２遮光部２５は、射出面２１ｂの有効領域外に入射する成分をカットし、第２開口２５１を介して射出面２１ｂの有効領域に入射した成分を透過させることができる。これにより、画像光ＭＬに含まれる不要光をカットすることができる。

ここで、本実施形態の導光光学系１２の製造方法について説明する。図６は導光光学系１２の製造方法の一例を示す工程図である。以下では、一例として、投射レンズ２１の入射面２１ａに第１遮光部２４を形成する工程について説明する。

図６に示すように、本実施形態の導光光学系１２の製造方法は、保護層形成工程（第１形成工程）と、遮光部形成工程（第２形成工程）と、剥離工程と、を有している。

保護層形成工程は、投射レンズ２１の入射面２１ａに保護層６０を形成する工程である。本工程では、投射レンズ２１を支持するケース（支持部材）５１を用いて光学面上にマスクＭを位置決めした後、マスクＭを覆うように保護層形成材料６１を塗布する。なお、投射レンズ２１の入射面２１ａの全体は金型面を反映した鏡面とされている。

マスクＭには開口部Ｍ１が形成されている。開口部Ｍ１の形状は第１開口２４１の開口形状に対応している。マスクＭはケース５１に当接することで投射レンズ２１に対して所定の位置に位置決めされる。すなわち、マスクＭは、入射面２１ａの有効領域（第１遮光部２４の形成領域）に開口部Ｍ１が位置決めされる。
そのため、マスクＭを覆うように塗布された保護層形成材料６１のうち開口部Ｍ１内に塗布された部分は入射面２１ａの有効領域に塗布された状態とされる。なお、保護層形成材料６１としては、後述のサンドブラスト処理から入射面２１ａを保護可能な材料であれば特に限定されない。

続いて、保護層形成材料６１の塗布後、入射面２１ａからマスクＭを除去する。このとき、マスクＭを覆う保護層形成材料６１はマスクＭとともに入射面２１ａから除去され、開口部Ｍ１内に塗布された部分のみが入射面２１ａ上に選択的に残る。これにより、マスクＭの開口部Ｍ１に対応した位置、すなわち、入射面２１ａの有効領域に保護層６０が形成される。
以上により保護層形成工程が終了する。

保護層形成工程の後、遮光部形成工程に進む。遮光部形成工程は、入射面２１ａのうち保護層６０を形成しない領域に第１遮光部２４を形成する工程である。本工程では、入射面２１ａのうち保護層６０で覆われない領域に微小な凹凸形状部６２を形成する。凹凸形状部６２は、例えばサンドブラスト処理を用いることで入射面２１ａに形成される。続いて、凹凸形状部６２を黒塗りすることで凹凸形状部６２に遮光性塗膜６３を形成する。
以上により入射面２１ａ上に第１遮光部２４が形成され、遮光部形成工程が終了する。

遮光部形成工程の後、剥離工程に進む。剥離工程は、第１遮光部２４を形成した投射レンズ２１から保護層６０を剥離する工程である。本工程により、入射面２１ａから保護層６０が剥離されて、投射レンズ２１の入射面２１ａに第１遮光部２４を形成することができる。

以上のようにして、投射レンズ２１の入射面２１ａに第１遮光部２４を形成することができる。なお、上記第１遮光部２４と同様の工程を行うことで、投射レンズ２１の射出面２１ｂに第２遮光部２５を形成することができる。

投射レンズ２１に第１遮光部２４および第２遮光部２５を形成した後、プリズム２２をケース５１内に収容し、支持板５４を介してケース５１にシースルーミラー２３を取り付けることで導光光学系１２を製造することができる。

続いて、本実施形態の表示モジュール１０１における光路について説明する。
表示素子１０からの画像光ＭＬは、投射レンズ２１に入射して略コリメートされた状態で射出される。投射レンズ２１を通過した画像光ＭＬは、プリズム２２に入射して入射面２１ａから屈折されつつ射出され、内反射面２２ｂによって１００％に近い高い反射率で反射され、再度射出面２２ｃで屈折される。プリズム２２からの画像光ＭＬは、シースルーミラー２３に入射して反射面２３ａによって５０％程度以下の反射率で反射される。シースルーミラー２３で反射された画像光ＭＬは、使用者ＵＳの眼ＥＹまたは瞳孔が配置される瞳位置ＰＰに入射する。プリズム２２とシースルーミラー２３との間であって、プリズム２２の射出面２２ｃ寄りには、中間像ＩＭが形成される。瞳位置ＰＰには、シースルーミラー２３やその周囲の支持板５４を通過した外界光ＯＬも入射する。すなわち、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳは、外界像に重ねて、画像光ＭＬによる虚像を観察することができる。

したがって、本実施形態の導光光学系１２によれば、軸対称性を有しないことで絞り部材を中間瞳ＩＰに配置できない場合であっても、投射レンズ２１の２つの光学面である入射面２１ａおよび射出面２１ｂに形成した第１遮光部２４および第２遮光部２５を備えることで、絞り部材を用いることなく、瞳位置ＰＰに入射する不要光をカットすることができる。よって、本実施形態の表示モジュール１０１によれば、上記導光光学系１２を備えるため、使用者ＵＳに良質な画像を視認させることができる。

以上説明したように、本実施形態の虚像表示装置１００によれば、光学系の小型化、ひいては装置全体の小型化を達成できる。したがって、本実施形態の虚像表示装置１００は、解像度を確保しつつ小型化できる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態の表示モジュールについて説明する。本実施形態の表示モジュールと第１実施形態との違いは遮光部を設ける光学面の位置である。第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、詳細については説明を省略する。

図７は本実施形態の表示モジュール２０１の内部構造を示す断面図である。図７は第１実施形態の図３に対応する図であり、説明に関係のない部材や符号の図示を省略している。
図７に示すように、本実施形態の表示モジュール２０１における導光光学系１１２では、プリズム２２の入射面（第１光学面）２２ａ、射出面（第２光学面）２２ｃおよび内反射面（第３光学面、反射面）２２ｂに第１遮光部１２４、第２遮光部１２５および第３遮光部１２６を形成することで、導光光学系１１２を経由して瞳位置ＰＰに入射する不要光を遮光するようにしている。

以下、第１遮光部１２４、第２遮光部１２５および第３遮光部１２６の構成について説明する。
図８はプリズム２２の入射面２２ａを光軸ＡＸに沿う法線方向から視た平面図である。図９はプリズム２２の射出面２２ｃを光軸ＡＸに沿う法線方向から視た平面図である。図１０はプリズム２２の内反射面２２ｂを光軸ＡＸに沿う法線方向から視た平面図である。

なお、図７から図１０では、上段画像光ＭＬ１、中段画像光ＭＬ２および下段画像光ＭＬ３をそれぞれ区別して異なる線種で示し、これら上段画像光ＭＬ１、中段画像光ＭＬ２および下段画像光ＭＬ３を射出した画素の周辺画素から射出された他の画像光ＭＬを同じ線種で示した。

図７および図８に示すように、第１遮光部１２４は、プリズム２２の入射面２２ａに形成される。第１遮光部１２４は、第１開口１２４１を介して入射面２２ａの一部を露出させる。第１遮光部１２４は、入射面２２ａの一部を黒塗りすることで形成される。第１遮光部１２４の第１開口１２４１の形状は入射面２２ａの有効領域に対応して形成される。

第１開口１２４１の開口形状は図８の上下方向において非対称性を有し、図８の左右方向において対称性を有している。つまり、第１開口１２４１の開口形状は軸対称性を有しない。本実施形態の第１遮光部１２４は、入射面２２ａの有効領域外に入射する成分をカットし、第１開口１２４１を介して入射面２２ａの有効領域に入射した成分を透過させることができる。これにより、画像光ＭＬに含まれる不要光をカットすることができる。

図７および図９に示すように、第２遮光部１２５は、射出面２２ｃに形成される。第２遮光部１２５は、第２開口１２５１を介して射出面２２ｃの一部を露出させる。第２遮光部１２５の第２開口１２５１は射出面２２ｃの有効領域に対応して形成される。第２遮光部１２５は、射出面２２ｃに塗布された遮光性塗膜により形成される。本実施形態の場合、射出面２２ｃにおける第２遮光部１２５の形成領域には微小な凹凸形状部が形成されている。これにより、第２遮光部１２５を構成する遮光性塗膜が凹凸形状部を介して射出面２２ｃに良好に密着している。

第１開口１２４１と同様、第２開口１２５１の開口形状は図９の上下方向において非対称性を有し、図９の左右方向において対称性を有している。つまり、第２開口２５１の開口形状は軸対称性を有しない。

本実施形態の導光光学系１１２は軸対称性を有しない軸外し光学系であるため、射出面２２ｃの有効領域の形状と入射面２２ａの有効領域の形状とが異なる。したがって、第１開口１２４１および第２開口１２５１は互いに異なる形状を有している。

本実施形態の第２遮光部１２５は、射出面２２ｃの有効領域外に入射する成分をカットし、第２開口１２５１を介して射出面２２ｃの有効領域に入射した成分を透過させることができる。これにより、画像光ＭＬに含まれる不要光をカットすることができる。

図７および図１０に示すように、第３遮光部１２６は、内反射面２２ｂに形成される。第３遮光部１２６は、第３開口１２６１を介して内反射面２２ｂの一部を露出させる。第３遮光部１２６の第３開口１２６１は内反射面２２ｂの有効領域に対応して形成される。第３遮光部１２６は、内反射面２２ｂに塗布された遮光性塗膜により形成される。本実施形態の場合、内反射面２２ｂにおける第３遮光部１２６の形成領域には微小な凹凸形状が形成されている。これにより、第３遮光部１２６を構成する遮光性塗膜が凹凸形状を介して内反射面２２ｂに良好に密着している。

ここで、図７において、例えば、射出面２２ｃに入射する下段画像光ＭＬ３を示す３本の光線のうち、主光線よりも左側に位置する光線ＭＬ３ａに着目する。上段画像光ＭＬ１は、第１遮光部１２４の第１開口１２４１、第３遮光部１２６の第３開口１２６１および第２遮光部１２５の第２開口１２５１を経由して瞳位置ＰＰに入射する。

光線ＭＬ３ａは、第２遮光部１２５の第２開口１２５１の開口端よりも内側を通過するため、第２開口１２５１は光線ＭＬ３ａよりも右側に含まれる不要光をカット（遮光）できないが、光線ＭＬ３ａは第３遮光部１２６の第３開口１２６１の開口端でカットできる。

このように本実施形態の導光光学系１１２によれば、プリズム２２の３つの光学面（入射面２２ａ、射出面２２ｃおよび内反射面２２ｂ）に形成した第１遮光部１２４、第２遮光部１２５および第３遮光部１２６を備えることで、絞り部材を用いることなく、瞳位置ＰＰに入射する不要光をカットすることができる。よって、本実施形態の表示モジュール２０１によれば、上記導光光学系１２を備えるため、使用者ＵＳに良質な画像を視認させることができる。

続いて、本実施形態の導光光学系１１２の製造方法について説明する。図１１は導光光学系１１２の製造方法の一例を示す工程図である。
以下では、一例として、プリズム（光学部材）２２の入射面（光学面）２２ａに第１遮光部（遮光部）１２４を形成する工程について説明する。本実施形態の導光光学系１１２の製造方法は、カバー工程と、遮光工程と、取り外し工程と、を有している。

カバー工程は、プリズム２２の入射面２２ａ上にカバー部材を配置し、入射面２２ａの一部を覆う工程である。図１１に示すように、本工程で用いるカバー部材７０は、枠状のベース部７１と、入射面２２ａを覆い、ベース部７１の内側に位置するカバー部７２と、入射面２２ａに対して隙間を生じさせた状態でベース部７１およびカバー部７２を連結する連結部７３と、を有している。

遮光工程は、プリズム２２の入射面２２ａの所定領域に第１遮光部１２４を形成する工程である。本工程では、プリズム２２を支持するケース５１を用いて、入射面２２ａ上にカバー部材７０を位置決めした後、入射面２２ａのうちカバー部材７０で覆われない所定領域に遮光性材料８０を塗布することで第１遮光部１２４を形成する。

カバー部材７０において、ベース部７１とカバー部７２との間には、第１開口２４１に対応する形状の開口部７０Ｍが形成されている。カバー部材７０はケース５１に当接することでプリズム２２に対して所定の位置に位置決めされる。すなわち、カバー部材７０は、入射面２２ａの有効領域（第１遮光部１２４の形成領域）に開口部７０Ｍが位置決めされる。そのため、入射面２２ａのうちカバー部材７０で覆われない所定領域とは開口部７０Ｍにより露出される領域に相当する。

本工程では、開口部７０Ｍにより露出される入射面２２ａに遮光性材料８０を塗布することで第１遮光部１２４を形成する。例えば、塗布装置により上側から開口部７０Ｍ内に遮光性材料８０を塗布した場合、連結部７３の下方には遮光性材料８０が良好に塗布され難い。

本実施形態の場合、連結部７３は入射面２２ａを上方に迂回する形状を有し、連結部７３と入射面２２ａとの間に隙間が設けられる。そのため、例えば、連結部７３の下方に塗布ノズルＮＺを個別に挿入することで連結部７３の下方に位置する入射面２２ａに遮光性材料８０を塗布することができる。これにより、開口部７０Ｍの全域に遮光性材料８０が塗布され、入射面２２ａ上に第１遮光部１２４を形成できる。

取り外し工程では、第１遮光部１２４を形成したプリズム２２からカバー部材７０が取り外される。本工程により、入射面２２ａ上に第１遮光部１２４が形成されたプリズム２２を製造できる。なお、入射面２２ａのうち、カバー部材７０のベース部７１で覆われていた部分には遮光性材料８０（第１遮光部１２４）が形成されない。なお、ベース部７１で覆われていた部分は、通常、ケース５１に取り付けられる部品で覆われるため、遮光性材料８０を塗布する必要はないが、必要に応じて遮光性材料８０を塗布してもよい。

以上のようにして、プリズム２２の入射面２２ａに第１遮光部１２４を形成することができる。なお、上記第１遮光部１２４と同様の工程を行うことで、プリズム２２の射出面２２ｃおよび内反射面２２ｂに第２遮光部１２５および第３遮光部１２６をそれぞれ形成することができる。

プリズム２２に第１遮光部１２４、第２遮光部１２５および第３遮光部１２６を形成した後、投射レンズ２１をケース５１内に収容し、支持板５４を介してケース５１にシースルーミラー２３を取り付けることで導光光学系１１２を製造することができる。

（変形例及びその他）
以上、上述した実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような形態にも適用可能である。

上記実施形態では、遮光部を投射レンズ２１またはプリズム２２のいずれかに形成する場合を例に挙げたが、例えば、第１の遮光部（第１遮光部に相当）を投射レンズ２１の入射面２１ａ、射出面２１ｂのいずれかに形成し、第２の遮光部（第２遮光部に相当）をプリズム２２の入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、射出面２２ｃのいずれかに形成してもよい。

図１２は第１変形例に係る導光光学系１２Ａの構成を示す図である。
図１２に示すように、本変形例の表示モジュール３０１における導光光学系１２Ａでは、投射レンズ２１の入射面２１ａに形成された第１遮光部１２４Ａと、プリズム２２の入射面２２ａに形成された第２遮光部１２５Ａと、プリズム２２の射出面２２ｃに形成された第３遮光部１２６Ａと、を備えている。この場合において、投射レンズ２１の射出面２１ｂは特許請求の範囲に記載の「第３光学面」に相当し、プリズム２２の内反射面２２ｂは特許請求の範囲に記載の「第４光学面」に相当する。

なお、第１遮光部１２４Ａが投射レンズ２１の射出面２１ｂに形成され、第２遮光部１２５Ａまたは第３遮光部１２６Ａがプリズム２２の内反射面２２ｂに形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、遮光部を形成する光学面として、投射レンズ２１の入射面２１ａ、射出面２１ｂあるいはプリズム２２の入射面２２ａ、内反射面２２ｂ、射出面２２ｃを例に挙げたが、遮光部を形成する光学面として、防塵部材として機能する保護カバー５２の表面５２ａを用いてもよい。

図１３は第２変形例に係る導光光学系１２Ｂの構成を示す図である。
図１３に示すように、本変形例の表示モジュール４０１における導光光学系１２Ｂでは、投射レンズ２１の入射面２１ａに形成された第１遮光部１２４Ｂと、投射レンズ２１の射出面２１ｂに形成された第２遮光部１２５Ｂと、保護カバー５２の表面５２ａに形成された第３遮光部１２６Ｂと、を備えている。この場合において、保護カバー５２の表面５２ａは特許請求の範囲に記載の「第３光学面」に相当する。
また、投射レンズ２１、プリズム２２および保護カバー５２にそれぞれ１つずつ遮光部を形成する工程を採用してもよい。

また、上記実施形態では、表示素子１０として有機ＥＬ素子等の自発光型の表示デバイスやＬＣＤ及びその他の光変調素子を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば、表示素子１０に代えて、複数の表示素子と複数の表示素子からの画像光を合成する合成プリズムとを組み合わせた画像形成装置やレーザー光源とポリゴンミラー等であるスキャナーとを組みあわせたレーザースキャナーを用いた画像形成装置を適用することも可能である。

なお、シースルーミラー２３の外界側には、シースルーミラー２３の透過光を制限することで調光を行う調光デバイスを取り付けることも可能である。調光デバイスは、例えば電動で透過率を調整する。調光デバイスとして、ミラー液晶、電子シェード等を用いることができる。調光デバイスは、外光照度に応じて透過率を調整するものであってもよい。調光デバイスによって外界光ＯＬを遮断する場合、外界像の作用を受けていない虚像のみを観察することができる。また、本願発明の虚像表示装置は、外光を遮断し画像光のみを視認させるいわゆるクローズ型の頭部搭載型表示装置（ＨＭＤ）に適用できる。この場合、虚像表示装置と撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させたりするものとしてもよい。

また、上記説明では、虚像表示装置１００が頭部に装着されて使用されることを前提としたが、上記虚像表示装置１００は、頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイとしても用いることができる。つまり、本発明において、ヘッドマウントディスプレイには、ハンドヘルドディスプレイも含まれる。

本発明の一態様の表示モジュールは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の表示モジュールは、表示素子と、表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置と、を備え、導光光学装置は、第１光学面と、第２光学面と、第１光学面に形成される第１遮光部と、第２光学面に形成される第２遮光部と、を含む軸外し光学系であり、第１遮光部は、第１開口を介して第１光学面の一部を露出させ、第２遮光部は、第２開口を介して第２光学面の一部を露出させており、第１開口および第２開口は互いに異なる形状を有している。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、導光光学装置は、第１光学面および第２光学面を含む第１光学部材を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、第１光学部材は、投射レンズ、プリズムおよび防塵部材のいずれかであり、第１光学面および第２光学面は、入射面、反射面または射出面のいずれかである構成としてもよい。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、第１光学部材は第３光学面をさらに含み、導光光学装置は、第３光学面に形成される第３遮光部を含む構成としてもよい。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、導光光学装置は、第１光学面および第３光学面を含む第１光学部材と、第２光学面および第４光学面を含む第２光学部材と、を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、第１光学部材および第２光学部材は、投射レンズ、プリズムおよび防塵部材のいずれかであり、第１光学面、第２光学面、第３光学面および第４光学面は、入射面、反射面または射出面のいずれかである構成としてもよい。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、導光光学装置は、第３光学面および第４光学面の少なくとも一方に形成される第３遮光部を含む構成としてもよい。

本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、第１開口および第２開口の開口形状は、軸外し光学系の軸外し面内にあって、導光光学装置の光軸に直交する方向において、非対称性を有している構成としてもよい。

本発明の一態様の虚像表示装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の虚像表示装置は、上記態様の表示モジュールを備える。

本発明の一態様の導光光学装置の製造方法は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一態様の導光光学装置の製造方法は、表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置の製造方法であって、光学部材の光学面上の一部に保護層を形成する第１形成工程と、光学部材の光学面のうち保護層を形成しない領域に遮光部を形成する第２形成工程と、遮光部を形成した光学部材から保護層を剥離する剥離工程と、備え、第１形成工程では、光学部材を支持する支持部材を用いて光学面上にマスクを位置決めした後、マスク上に保護層形成材料を塗布し、保護層形成材料の塗布後、光学面上からマスクを除去することで、マスクの開口部に対応した位置に保護層を形成する。

本発明の一態様の導光光学装置の製造方法において、第２形成工程では、光学面の保護層で覆われない領域に凹凸形状部を形成し、凹凸形状部に遮光性塗膜を形成する製造方法としてもよい。

本発明の別態様の導光光学装置の製造方法は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の別態様の導光光学装置の製造方法は、表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置の製造方法であって、光学部材の光学面上にカバー部材を配置し、光学面の一部を覆うカバー工程と、光学部材の光学面のうちカバー部材で覆われない所定領域に遮光部を形成する遮光工程と、遮光部を形成した光学部材からカバー部材を取り外す取り外し工程と、備え、カバー工程では、カバー部材として、枠状のベース部と、光学面を覆い、ベース部の内側に位置するカバー部と、光学面に対して隙間を生じさせた状態でベース部およびカバー部を連結する連結部と、を有する部材を用い、遮光工程では、光学部材を支持する支持部材を用いて、光学面上にカバー部材を位置決めした後、カバー部材のベース部およびカバー部で覆われない所定領域に遮光性材料を塗布することで遮光部を形成する。

１０…表示素子、１２，１１２，１２Ａ，１２Ｂ…導光光学系（導光光学装置）、２１…投射レンズ（第１光学部材）、２１ａ，２２ａ…入射面（第１光学面）、２１ｂ，２２ｃ…射出面（第２光学面、第３光学面、第４光学面）、２２…プリズム（第２光学部材）、２２ｂ…内反射面（第３光学面、反射面）、２４，１２４，１２４Ａ，１２４Ｂ…第１遮光部、２５，１２５，１２５Ａ，１２５Ｂ…第２遮光部、５１…ケース（支持部材）、５２…保護カバー（防塵部材）、６０…保護層、６１…保護層形成材料、６２…凹凸形状部、６３…遮光性塗膜、７０…カバー部材、７０Ｍ…開口部、７１…ベース部、７２…カバー部、７３…連結部、８０…遮光性材料、１００…虚像表示装置、１０１，２０１，３０１，４０１…表示モジュール、１２４…第１遮光部（遮光部）、１２６，１２６Ａ，１２６Ｂ…第３遮光部、２４１，１２４１…第１開口、２５１，１２５１…第２開口、ＡＸ…光軸、Ｍ…マスク、ＭＬ…画像光、ＳＯ…軸外し面、ＳＰ…射出瞳。

Claims (12)

1. 表示素子と、
   前記表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置と、を備え、
   前記導光光学装置は、第１光学面と、第２光学面と、前記第１光学面に形成される第１遮光部と、前記第２光学面に形成される第２遮光部と、を含む軸外し光学系であり、
   前記第１遮光部は、第１開口を介して前記第１光学面の一部を露出させ、
   前記第２遮光部は、第２開口を介して前記第２光学面の一部を露出させており、
   前記第１開口および前記第２開口は互いに異なる形状を有している
   ことを特徴とする表示モジュール。
2. 前記導光光学装置は、前記第１光学面および前記第２光学面を含む第１光学部材を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示モジュール。
3. 前記第１光学部材は、投射レンズ、プリズムおよび防塵部材のいずれかであり、
   前記第１光学面および前記第２光学面は、入射面、反射面または射出面のいずれかである
   ことを特徴とする請求項２に記載の表示モジュール。
4. 前記第１光学部材は第３光学面をさらに含み、
   前記導光光学装置は、前記第３光学面に形成される第３遮光部を含む
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の表示モジュール。
5. 前記導光光学装置は、前記第１光学面および第３光学面を含む第１光学部材と、前記第２光学面および第４光学面を含む第２光学部材と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示モジュール。
6. 前記第１光学部材および前記第２光学部材は、投射レンズ、プリズムおよび防塵部材のいずれかであり、
   前記第１光学面、前記第２光学面、前記第３光学面および前記第４光学面は、入射面、反射面または射出面のいずれかである
   ことを特徴とする請求項５に記載の表示モジュール。
7. 前記導光光学装置は、前記第３光学面および前記第４光学面の少なくとも一方に形成される第３遮光部を含む
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の表示モジュール。
8. 前記第１開口および前記第２開口の開口形状は、前記軸外し光学系の軸外し面内にあって、導光光学装置の光軸に直交する方向において、非対称性を有している
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の表示モジュール。
9. 請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の表示モジュールを備える
   ことを特徴とする虚像表示装置。
10. 表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置の製造方法であって、
    光学部材の光学面上の一部に保護層を形成する第１形成工程と、
    前記光学部材の前記光学面のうち前記保護層を形成しない領域に遮光部を形成する第２形成工程と、
    前記遮光部を形成した前記光学部材から前記保護層を剥離する剥離工程と、備え、
    前記第１形成工程では、
    前記光学部材を支持する支持部材を用いて前記光学面上にマスクを位置決めした後、前記マスク上に保護層形成材料を塗布し、
    前記保護層形成材料の塗布後、前記光学面上から前記マスクを除去することで、前記マスクの開口部に対応した位置に前記保護層を形成する
    ことを特徴とする導光光学装置の製造方法。
11. 前記第２形成工程では、前記光学面の前記保護層で覆われない領域に凹凸形状部を形成し、前記凹凸形状部に遮光性塗膜を形成する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の導光光学装置の製造方法。
12. 表示素子から射出された画像光を導光させ、射出瞳を形成する導光光学装置の製造方法であって、
    光学部材の光学面上にカバー部材を配置し、前記光学面の一部を覆うカバー工程と、
    前記光学部材の前記光学面のうち前記カバー部材で覆われない所定領域に遮光部を形成する遮光工程と、
    前記遮光部を形成した前記光学部材から前記カバー部材を取り外す取り外し工程と、備え、
    前記カバー工程では、
    前記カバー部材として、枠状のベース部と、前記光学面を覆い、前記ベース部の内側に位置するカバー部と、前記光学面に対して隙間を生じさせた状態で前記ベース部および前記カバー部を連結する連結部と、を有する部材を用い、
    前記遮光工程では、
    前記光学部材を支持する支持部材を用いて、前記光学面上に前記カバー部材を位置決めした後、前記カバー部材の前記ベース部および前記カバー部で覆われない前記所定領域に遮光性材料を塗布することで前記遮光部を形成する
    ことを特徴とする導光光学装置の製造方法。

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